Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

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LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS ESPECIALES 1. INTRODUCCIÓN Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas a que se someten los aceros para conseguir las propiedades y características más adecuadas a su empleo o transformación. No modifican la composición química pero sí otros factores tales como los constituyentes estructurales y como consecuencia las propiedades mecánicas. 2.) DESARROLLO DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Constan de tres fases: A.) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna): La elevación de temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este último es el calentamiento escalonado. B.) Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por milímetro de espesor en el caso de querer obtener una austenización completa en el centro y superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a altas

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LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS ESPECIALES

1. INTRODUCCIÓN

Los tratamientos térmicos son operaciones de

calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones

determinadas a que se someten los aceros para conseguir las

propiedades y características más adecuadas a su empleo o

transformación. No modifican la composición química pero sí

otros factores tales como los constituyentes estructurales y

como consecuencia las propiedades mecánicas.

2.) DESARROLLO DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Constan de tres fases:

A.) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de

consigna): La elevación de temperatura debe ser uniforme, por

lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la

temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a

temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos

críticos, este último es el calentamiento escalonado.

B.) Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la

completa transformación del constituyente estructural de

partida. Puede considerarse como suficiente una permanencia

de unos dos minutos por milímetro de espesor en el caso de

querer obtener una austenización completa en el centro y

superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a altas

temperaturas son "muy peligrosos" ya que el grano austenítico

crece rápidamente dejando el acero con estructuras finales

groseras y frágiles.

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C.) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la

temperatura ambiente: Este enfriamiento tiene que ser

rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento

que se realice.

3.) CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE TRATAMIENTOS

TÉRMICOS

Tratamientos en la masa: recocidos y normalizados,

temples y revenidos.

Tratamientos superficiales: temple superficial y

tratamientos termoquímicos (cementación, carbonitruración,

boruración y nitruración).

Tratamientos de superficie (depósitos).

4.) TRATAMIENTOS EN LA MASA MÁS UTILIZADOS

A.) Normalizado: Se realiza calentando el acero a una

temperatura unos 50ºC superior a la crítica y una vez

austenizado se deja enfriar al aire tranquilo. La velocidad

de enfriamiento es más lenta que en el temple y más rápida

que en recocido.

Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la

estructura.

Este tratamiento es típico de los aceros al carbono de

construcción de 0.15% a 0.60% de carbono.

A medida que aumenta el diámetro de la barra, el enfriamiento

será más lento y por tanto la resistencia y el límite

elástico disminuirán y el alargamiento aumentará ligeramente.

Page 3: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Esta variación será más acusada cuanto más cerac del núcleo

realicemos el ensayo.

B.) Recocido: Con este nombre se conocen varios tratamientos

cuyo objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar

su mecanizado posterior. También es utilizado para regenerar

el grano o eliminar las tensiones internas.

Se debe tener en cuenta que los recocidos no proporcionan

generalmente las características más adecuadas para la

utilización del acero y casi siempre el material sufre un

tratamiento posterior con vistas a obtener las

características óptimas del mismo. Cuando esto sucede el

recocido se llama también "tratamiento térmico preliminar" y

al tratamiento final como "tratamiento térmico de calidad".

Los tipos de recocidos son los siguientes: recocido de

regeneración, recocido de engrosamiento de grano, recocidos

globulares o esferoidales (recocido globular subcrítico,

recocido regular de austenización incompleta o recocido

globular oscilante), recocido de homogenización, recocidos

subcríticos (de ablandamiento o de acritud), recocido

isotérmico y recocido blanco.

C.) Temples: es un proceso de calentamiento seguido de un

enfriamiento, generalmente rápido con una velocidad mínima

llamada "crítica".

El fin que se pretende conseguir con el ciclo del temple es

aumentar la dureza y resistencia mecánica, transformando toda

la masa en austenita con el calentamiento y después, por

medio de un enfriamiento rápido la austenita se convierte en

Page 4: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

martensita, que es el constituyente típico de los aceros

templados.

El factor que caracteriza a la fase de enfriamiento es la

velocidad del mismo que debe ser siempre superior a la

crítica para obtener martensita.

La velocidad crítica de los aceros al carbono es muy elevada.

Los elementos de aleación disminuyen en general la velocidad

crítica de temple y en algunos tipos de alta aleación es

posible realizar el temple al aire. A estos aceros se les

denomina "autotemplantes".

Los factores que influyen en la práctica del temple son:

El tamaño de la pieza: cuanto más espesor tenga la pieza

más hay que aumentar el ciclo de duración del proceso de

calentamiento y de enfriamiento.

La composición química del acero: en general los

elementos de aleación facilitan el temple.

El tamaño del grano: influye principalmente en la

velocidad crítica del temple, tiene mayor templabilidad el de

grano grueso.

El medio de enfriamiento: el más adecuado para templar

un acero es aquel que consiga una velocidad de temple

ligeramente superior a la crítica. Los medios más utilizados

son: aire, aceite, agua, baño de Plomo, baño de Mercurio,

baño de sales fundidas y polímeros hidrosolubles.

Los tipos de temple son los siguientes: temple total o

normal, temple escalonado martensítico o "martempering",

Page 5: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

temple escalonado bainítico o "austempering", temple

interrumpido y tratamiento subcero.

D.) Revenido: es un tratamiento complementario del temple,

que generalmente sigue a éste. Al conjunto de los dos

tratamientos también se le denomina "bonificado".

El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero

después de normalizado o templado, a una temperatura inferior

al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que

puede ser rápido cuando se pretenden resultados altos en

tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones

térmicas que pueden generar deformaciones.

Cuando se pretenden los dos objetivos, se recurre al doble

revenido, el primero con enfriamiento rápido y el segundo con

enfriamiento lento hasta -300ºC.

Los fines que se consiguen con este tratamiento so los

siguientes:

- Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un

estado de mínima fragilidad.

- Disminuir las tensiones internas de transformación, que se

originan en el temple.

- Modificar las características mecánicas, en las piezas

templadas produciendo los siguientes efectos:

· Disminuir la resistencia a la rotura por tracción, el

límite elástico y la dureza.

· Aumentar las características de ductilidad; alargamiento

estricción y las de tenacidad; resiliencia.

Page 6: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Los factores que influyen en el revenido son los siguientes:

la temperatura de revenido sobre las características

mecánicas, el tiempo de revenido (a partir de un cierto

tiempo límite la variación es tan lenta que se hace

antieconómica su prolongación, siendo preferible un ligero

aumento de temperatura de revenido), la velocidad de

enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga

rápido) y las dimensiones de la pieza (la duración de un

revenido es función fundamental del tamaño de la pieza

recomendándose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o

diámetro).

Aceros Especiales

 

Aceros Bonificados

Normas

Características

Técnicas y

Aplicaciones

Composición

Química

%

Dureza

Entrega

HB

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero al Cr, Ni,

Mo de gran

templabilidad y

tenacidad, con

C :

0,34

Mn :

0,55

Cr :

Mo :

0,25

Ni :

1,55

299

353

4340 6582

Page 7: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

tratamiento

térmico, para

ejes,

cigüeñales, ejes

1,55 Código

Color

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero al Cr, Mn,

Mo

contratamiento

térmico, de alta

resistencia a la

tracción para

piezas de

maquinarias

sometidas a la

tracción para

piezas de

maquinarias

sometidas a

exigencias como

muñones, pernos

y piñones

C: 0,42

Mn :

0,65

Mo :

0,20

Cr :

1,00

266

310

4140 7225

Código

Color

Aceros de Cementación

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero al Cr, Ni,

Mo de gran

C :

0,14

Mn :

Cr : 1,0

Ni : 170

210

Page 8: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

templabilidad y

tenacidad, con

tratamiento

térmico, para

ejes,

cigüeñales, ejes

diferenciales y

cardanes,

engranajes y

piezas de mando.

0,80 1,45

3115 5713

Código

Color

Aceros para Resortes

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero para

resortes aleado

al Cr, Mn, de

gran durabilidad

en trabajo de

compresión y

tracción.

En resortes de

vehículos,

máquinas,

agroindustria,

cuchillas de

máquinas

pequeñas, piezas

de máquina, etc.

Las temperaturas

de conformado

recomendable son

C :

0,57

Mn :

0,85

Cr :

0,85 240

260

5160 7176

Código

Color

Page 9: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

entre 830 y 920 Aceros al Carbono

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero de medio

carbono, de uso

general para la

construcción de

todo tipo de

piezas mecánicas

como ejes,

motores

electricos,

cuñas,

martillos,

chavetas, etc.

En plancha se

utiliza donde

hay mayor

resistencia a

ruptura y

abrasión. Puede

ser suministrado

trefilado

C :

0,45

Mn :

0,65

170

190

1045 1191

Código

Color

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero blando de

bajo carbono

para piezas de

maquinaria,

C :

0,20

Mn :

0,50

120

150

1020 1151

Page 10: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

pernos,

pasadores de

baja

resistencia.

Buena

soldabilidad. No

toma temple,

Código

Color

 Aceros Refractarios

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

refractario

austenítico al

Cr, Ni, Si, tipo

25/20 para

piezas sometidas

a temperaturas

hasta 1.200° C.

Se emplea en

pisos de hornos,

parrillas,

ganchos, moldes

para vidrio,

tubos de

conducción,

rejillas para

esmaltar; su

C :

0,15

Si :

2,0

Cr :

25,0

Ni :

20,0

145

190

310 4841

Código

Color

Aceros Inoxidables

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

austenítico al

Cr, Ni, Mo, tipo

18/10. Su

contenido de

C: 0,07

máx

Mn :

2,0

Cr :

Ni :

12,0

Mo : 2,2

Si : 1,0

130

180

316 4401

Page 11: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

molibdeno mejora

todas sus

características

de resistencia

al ataque ácido.

No se garantiza

la corrosión

intercristalina

en soldaduras.

17,0Código

Color

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

austenítico al

Cr, Ni, Mo, del

tipo 18/10.

Estabilizado al

carbono,

insensibilidad a

la corrosión

intercristalina

en soldaduras,

no necesita

tratamientos

C: 0,03

máx

Mn :

2,0máx

Cr :

17,5

Ni :

12,5

Mo : 2,2

Si : 1,0

130

180

316L 4404

Código

Color

Page 12: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

térmicos post-

soldadura. Mejor

aptitud a la

deformación en

frío y obtención

de altos grados

de pulimento, lo

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

austenítico al

Cr, Ni, 18/8.

Buenas

características

de resistencia a

la corrosión,

ductibilidad y

pulido. No

garantido a la

corrosión

intercristalina

en soldaduras.

Resistente a la

corrosión de

aguas dulces y

C: 0,07

máx

Mn :

2,0máx

Cr :

18,5

Ni : 9,5

Mo : 1,0

Si :

130

180

304 4301

Código

Color

Page 13: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

atmósferas

naturales. En

construcción de

muebles,

utensilios de

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

austenítico al

Cr, Ni, tipo

18/8.

Estabilizado al

carbono, con

garantía de

insensibilidad a

la corrosión

intercristalina,

por tanto no

necesita

tratamiento

térmico post-

soldadura. De

fácil pulido y

gran

ductibilidad,

especial para

embutido

C: 0,03

máx

Mn :

2,0máx

Cr :

18,5

Ni :

10,0

Si :1,0m

áx

130

180

304L 430L

Código

Color

Page 14: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

profundo. Se

emplea en el

forjado,

estampado y

mecanizado de

piezas mecánicas

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero inoxidable

ferrítico con

buena

resistencia a la

corrosión en

frío en medios

moderadamente

agresivos

aptitudes

limitadas para

la deformación

en frío con un

bajo costo con

respecto a otros

aceros de mayor

aleación. Usado

en la

ornamentación de

C: 0,1

máx

Mn :

1,0

Cr :

16,5

Si :1,0

máx

130

170

430 14016

Código

Color

Page 15: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

la industria

automotriz.

Aplicaciones

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Son aceros

inoxidables

martensíticos al

Cr, que

presentan una

alta resistencia

mecánica y buena

resistencia a la

corrosión con

tratamientos

térmicos.

Se aplican

fundamentalmente

en la

fabricación de

piezas mecánicas

que operan

normalmente en

contacto con

agua, vapor,

vinos, cerveza y

otros ambientes

moderadamente

corrosivos, como

C: 0,15

máx

Mn :

1,0

Cr :

13,0

Si :1,0

máx

500

530

1020 1151

Código

Color

Page 16: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

pernos,

pasadores,

pistones, Aceros Antiabrasivos

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero

estructural

aleado de bajo

carbono con

tratamiento

térmico y altas

propiedades de

soldabilidad,

resistencia al

impacto y la

abrasión a bajo

costo. Usos:

Planchas de

recubrimiento

antiabrasivas

chutes, equipos

de movimiento de

tierras y

minerales, y

otros servicios

severos de

impacto y

abrasión.

Permite reducir

el peso muerto

C: 0,17

Mn :

1,0

Cr :

0,53

Mo :

0,22

V : 0,06

Ni, Ti,

B.

321

390

T-1 8921A

8922B

Código

Color

Durcap 360

USA/

SAE/AISI

Alemania

W.St.N°

Acero aleado,

templado y

revenido,

diseñado para

obtener alta

C: 0,31

máx

Mn :

1,0

Cr :

Ni : 1,5

máx

Mo :

0,35

Nb:

500

Cap 500

Page 17: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

resistencia a la

abrasión e

impacto.

Estas

propiedades

permiten obtener

a este acero un

altísimo

desempeño al ser

usado en equipos

de movimiento de

tierra, tolvas,

cucharones de

1,25 0,02máxCódigo

Color

Fuente : SABIMET

Aceros:

Page 18: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono, aptas para

ser deformadas en frío y en caliente. Generalmente, el

porcentaje de carbono no excede del 1,76%.

Estructura del acero

Las propiedades físicas de los aceros y su

comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo

de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro.

Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros

son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y

cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con

pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en

disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de

carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza.

La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con

una composición específica y una estructura característica, y

sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos

componentes.

La resistencia y dureza de un acero que no ha sido

tratado térmicamente depende de las proporciones de estos

tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de

un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de

perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por

completo compuesto de perlita. El acero con cantidades de

carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la

perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de

hierro y carbono conocida como 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

Page 19: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es

repentino la austenita se convierte en martensita, una

modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita

pero con carbono en solución sólida.

Tratamiento térmico del acero

El proceso básico para endurecer el acero mediante

tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una

temperatura a la que se forma austenita, generalmente entre

los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez

sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos de

endurecimiento, que forman martensita, crean grandes

tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el

temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el

acero hasta una temperatura menor. El temple reduce la dureza

y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento

térmico es controlar la cantidad, tamaño, forma y

distribución de las partículas de cementita contenidas en la

ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas del

acero.

Hay muchas variaciones del proceso básico. Los

ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio de

austenita a martensita se produce en la última fase del

enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un

cambio de volumen que puede agrietar el metal si el

enfriamiento es demasiado rápido.

Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos

para evitar el agrietamiento. En el templado prolongado, el

Page 20: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

acero se retira del baño de enfriamiento cuando ha alcanzado

la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y

a continuación se enfría despacio en el aire. En el

martemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento

que el templado prolongado y se coloca en un baño de

temperatura constante hasta que alcanza una temperatura

uniforme en toda su sección transversal. Después se deja

enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas

de formación de la martensita, que en la mayoría de los

aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente. En

el austemplado, el acero se enfría en un baño de metal o sal

mantenido de forma constante a la temperatura en que se

produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese

baño hasta que el cambio es completo, antes de pasar al

enfriado final.

Hay también otros métodos de tratamiento térmico para

endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las

piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con

compuestos de carbono o nitrógeno. Estos compuestos

reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o

forman nitruros en su capa superficial.

En la carburización la pieza se calienta cuando se

mantiene rodeada de carbón vegetal, coque o de gases de

carbono como metano o monóxido de carbono. La cianurización

consiste en endurecer el metal en un baño de sales de cianuro

fundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurización se

emplea para endurecer aceros de composición especial mediante

su calentamiento en amoníaco gaseoso para formar nitruros de

aleación.

Page 21: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Ventajas y desventajas del acero como material de

construcción:

Ventajas del acero como material estructural:

Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por

unidad de peso implica que será poco el peso de las

estructuras, esto es de gran importancia en puentes de

grandes claros.

Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian

apreciablemente con el tiempo como es el caso de las

estructuras de concreto reforzado.

Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de

acero es adecuado duraran indefinidamente.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un

material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo

altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los

aceros estructurales comunes les permite fluir localmente,

evitando así fallas prematuras.

Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es

decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un

material para absorber energía en grandes cantidades se

denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

A) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de

varios tipos de conectores como son la soldadura, los

tornillos y los remaches.

B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.

Page 22: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

C) Rapidez de montaje.

D) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de

tamaños y formas.

E) Resistencia a la fatiga.

F) Posible rehuso después de desmontar una estructura.

Desventajas del acero como material estructural:

Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros

son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y

al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos

miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias

se reducen considerablemente durante los incendios.

Susceptibilidad al pandeo.- Entre más largos y esbeltos

sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de

pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta

resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como

columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante

material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el

posible pandeo.

NOTA: El acero estructural puede laminarse en forma económica

en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios

apreciables en sus propiedades físicas. Generalmente los

miembros estructurales más convenientes son aquellos con

grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los

perfiles I, T y L tienen esta propiedad.

Características de los aceros:

Page 23: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

En este proyecto se van a emplear una serie de

materiales dependiendo de la temperatura a la que trabaja el

aparato al que va destinado ese material. Tenemos tres aceros

a elegir; el acero al carbono que se empleará cuando

trabajemos a temperaturas superiores de -28ºC, el acero

inoxidable cuando trabajemos a temperaturas entre -28ºC y -

45ºC y, por último, el acero con una aleación de 3,5% de

níquel que se empleará a temperaturas inferiores a -45ºC.

A continuación se expondrán las características de cada

uno de estos aceros.

Aceros al carbono:

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Están

formados principalmente por hierro y carbono. Estos aceros

contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de

manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los

productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas,

carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras

de construcción de acero, cascos de buques, somieres y

horquillas.

Aceros inoxidables:

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros

elementos de aleación, que los mantienen brillantes y

resistentes a al herrumbre y oxidación a pesar de la acción

de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros

inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y

mantienen esa resistencia durante largos periodos a

temperaturas extremas. Se emplea para las tuberías y tanques

Page 24: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los

fuselajes de aviones o para cápsulas espaciales.

En la industria química y petroquímica, los aceros

inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y

excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de

mantenimiento.

Los aceros inoxidables son más resistentes a la

corrosión y a las manchas de los que son los aceros al

carbono y de baja aleación. Este tipo de resistencia superior

a la corrosión se produce por el agregado del elemento cromo

a las aleaciones de hierro y carbono.

La mínima cantidad de cromo necesaria para conferir esta

resistencia superior a la corrosión depende de los agentes de

corrosión.

Las principales ventajas del acero inoxidable son:

Alta resistencia a la corrosión.

Alta resistencia mecánica.

Apariencia y propiedades higiénicas.

Resistencia a altas y bajas temperaturas.

Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte,

doblado y plegado.

Bajo costo de mantenimiento.

Reciclable.

Page 25: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Como consecuencia de diferentes elementos agregados como

níquel, cromo, molibdeno, titanio, niobio y otros, producen

distintos tipos de acero inoxidable, cada uno con diferentes

propiedades.

1.9 DIAGRAMAS TTT:

 

    Los diagramas Temperatura - Tiempo Transformación

gráficamente describen las velocidades, tiempos y

temperaturas a las cuales se producen las transformaciones de

las aleaciones a estructuras fuera del equilibrio :

 

·Diagrama de Transformación Isotérmica (TI): diagrama de

transformación tiempo - temperatura que indica el tiempo

necesario para que una fase se descomponga en otra fases

isotérmicamente a diferentes temperaturas. Permite predecir

estructura, propiedades mecánicas y el tratamiento térmico en

los aceros.

 

·Diagrama de Transformación de Enfriamiento Continuo (TEC):

diagrama de transformación tiempo - temperatura que indica el

tiempo para que una fase se descomponga continuamente en

otras fases a diferentes velocidades de enfriamiento.

 

Page 26: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

 

EL ESTADO METÁLICO.

En los metales sus átomos tienden a perder electrones

periféricos, es decir, a ionizarse positivamente. Tienen

brillo, conductividad térmica y eléctrica, resistencia

mecánica y gran plasticidad. Se deforman sin romperse. Tienen

un enlace característico de sus átomos:

ENLACE METÁLICO: Existe una forma de unión interatómica de

carácter primario que constituye el enlace metálico. Se debe

a que los electrones de valencia se expanden por todos sus

átomos formando una nube de enlace.

Estos electrones son susceptibles de moverse permitiendo una

gran conductividad térmica y eléctrica.

Page 27: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El estado sólido puede ser CRISTALINO Y AMORFO.

El CRISTALINO que gracias a la difracción de los rayos X

puede verse, tiene una ordenación interna de sus átomos; en

el AMORFO no hay ordenación.

El cristalino por su ordenación atómica no se comporta igual

en todas las direcciones, ante agentes externos,

(anisotropía).

Sin embargo en el amorfo con arbitrariedad en su

constitución, sus propiedades son idénticas en cualquier

dirección del cuerpo (isotropía)

La estructura de los metales es cristalina y tiene como

elemento fundamental el cristal, con dimensiones a escala

atómica.

Cuando estos cristales se agrupan formando granos se denomina

estructura granular o micrográfica, porque se puede observar

a través del microscopio.

Cuando el elemento constitutivo son fibras se denomina

estructura macrográfica y se observa a simple vista.

ALOTROPÍAS: todo cuerpo con idéntica composición y distinta

cristalización.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS METALES.

RESISTENCIA A LA ROTURA:

COHESIÓN: Fuerza que se opone a la rotura de un

material.

Page 28: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Existen tres comportamientos fundamentales según el

esfuerzo.

Tracción.

Compresión.

Cortadura.

RESISTENCIA A TRACCIÓN: Se determina con el ensayo de

tracción, con una probeta de unos 30 cm de largo.

OA. Período elástico: Es una recta, con tensiones y

deformaciones proporcionales. Si cesa la tensión, el material

se recupera. Esta zona cumple la ley de Hooke.

AB. Zona de fluencia. Sin aumentar la tensión, aumenta la

deformación.

R: Tensión máxima. Se produce un estrechamiento en el centro

de la probeta.

BC: Período plástico. Las deformaciones son permanentes.

A partir de R, las tensiones cesan. U es la tensión última.

ALARGAMIENTO LOCALIZADO: Es la relación de aumento de

longitud respecto de la longitud total inicial. El

alargamiento se tiene que producir en el tercio central de la

probeta. Es función del espesor o del diámetro.

Lf - Li

A. L..= ---------- * 100

Li

Page 29: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ESTRICCIÓN: Variación de la sección en función de la

sección inicial.

Si - Sf

E = --------- *100

Si

La resistencia a tracción es una característica en la que los

metales se comportan de una manera excelente.

Los metales son el material que mejor resiste los esfuerzos

de tracción.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN: Es la máxima tensión que resiste el

material a un esfuerzo de compresión. Los metales tienen muy

buen comportamiento a compresión, a veces mejor que a

tracción. Hay que tener en cuenta la esbeltez o el pandeo.

RESISTENCIA A CORTADURA: Normalmente se nos va a dar en los

voladizos. En los metales, esta resistencia es del 60% de su

resistencia a compresión o a tracción.

Si la estructura está bien calculada para compresión y

tracción, va sobrada a cortadura.

A compresión y a cortadura no se ensayan los elementos

metálicos.

DEFORMABILIDAD: Propiedad mecánica que define la capacidad de

deformarse antes de la rotura por fuerzas exteriores.

PLASTICIDAD:

Page 30: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Ductilidad: Deformación que produce elementos en forma

de hilo.

Maleabilidad: Deformación en forma de láminas.

En general los metales suelen ser dúctiles y maleables.

ACRITUD: Se da en ciertos metales, que aumentan su capacidad

de resistencia aun aumentando la carga o el trabajo realizado

sobre ellos. Se debe a una reestructuración de los cristales.

FRAGILIDAD: Un metal es más frágil cuanto menor es su período

plástico.

TENACIDAD: Es la capacidad de un metal de absorber esfuerzos

dinámicos, en forma de trabajo o energía. Se mide con el

ensayo de resilencia. Varía con la temperatura.

DUREZA:

1. Rayado: Es la resistencia de un metal a ser deformado

por otro en su superficie.

Ensayo de Mortens: Se raya un metal por una punta de diamante

piramidal y en función del rayado que se le produzca se

define. También se mide con la escala de Mhos.

1. Penetración: Es la resistencia a que un material haga

mella en otro según la presión.

Brinell: Una esfera de diámetro d. La huella que deja en

dicho material:

Rockwell: Nos mide la penetración de una punta cónica

que tiene mayor poder penetrante, para aceros de mayor

resistencia.

Page 31: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Vickers: Para placas de acero finas. Se realiza con una

punta piramidal.

1. Elástica: Cómo se comporta la superficie de un metal

cuando se produce sobre ella un impacto. Se mide el rebote de

la bola de acero (Shore).

SOLDABILIDAD: Es la propiedad que tienen algunos metales, por

la que dos piezas de los mismos pueden unirse al entrar en

contacto íntimo.

Los metales sueldan bien por el enlace metálico. Al proceso

se le llama soldadura, que puede ser de dos tipos: autógena u

homogénea y heterogénea. La primera se utiliza cuando los dos

metales son de la misma naturaleza y no existe un metal de

aportación distinto del metal a unir. La segunda se utiliza

cuando los dos metales son distintos y el metal de aportación

también es distinto.

Se necesita fundir las superficies de contacto y presionar

sobre ellas, osídricas cuando el elemento que produce la

unión es el hidrógeno y el oxígeno y acetilénicas con

hidrógeno por acetileno. Pueden añadirse metales de

aportación en forma de varillas conteniendo fundentes que

forman escoria y ésta ocupa el lugar del oxígeno.

La soldadura eléctrica consiste en una corriente eléctrica

entre el metal de aportación y los metales a unir produciendo

calor y realizando la unión.

La soldadura por forja consiste en la unión de los metales

produciendo un calentamiento de las zonas a soldar y por

medio de golpes se consigue la unión.

Page 32: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: Es la facilidad con que un metal

deja pasar a través de él la corriente eléctrica. En general,

los metales son buenos conductores. Se mide por la

resistencia eléctrica. Se utiliza como conductor eléctrico el

cobre, debido sobre todo a la ductilidad.

L

Resistencia = r * -- r=Resistividad en función de cada metal

y de la

S Temperatura.

1

Resistividad = -- E= Conductividad.

E

Se utiliza como conductor eléctrico el cobre, debido sobre

todo a su ductilidad.

CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS: CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Los metales

son buenos conductores del calor debido al enlace metálico. A

mayor k mayor número de calorías traspasa el material.

Conductor > 0.05 > Aislante.

Coeficiente de dilatación térmica: Aumento de longitud,

superficie o volumen al variar 1ºC la temperatura.

PROPIEDADES QUÍMICAS: Comportamiento frente al contacto de

los metales con la atmósfera.

Page 33: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

La oxidación procedente de la atmósfera suele ser de

escasa importancia (O2). La acción del oxígeno y el calor

produce una capa de óxido superficial, que en algunos metales

es suficiente para aislarlo del exterior (el aluminio posee

una oxidación artificial).

La corrosión es el efecto que produce el O2 y la

humedad.

1. Uniforme: Se produce un debilitamiento del material por

la pérdida de espesor.

1. Localizado: Se produce en zonas determinadas por la

rugosidad. Se produce una pérdida de resistencia puntual.

1. Intergranular: Entre los granos se pierde adherencia, y

no se aprecia exteriormente. Se producen roturas

instantáneas.

Causas de la corrosión:

Acción electroquímica:

1. Galvánica: Cuando no hay corriente exterior. Los pares

galvánicos se producen por presencia de distintos metales,

por heterogeneidad o por que en el mismo ambiente se produzca

una pila galvánica. Depende del potencial de los metales. El

que está más alejado del Hidrógeno es el que va a ocupar el

ánodo (es el que se oxida).

1. Electroquímica: Hay aportación de corriente que puede

producir una oxidación por la polaridad que tenga el metal.

Química.

PROCESOS GENERALES METALÚRGICOS.

Page 34: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

PROCESO METALÚRGICO: Los metales no suelen estar en estado

puro en la naturaleza, aparecen mezclados con otros

elementos, formando minerales.

Al mineral se le denomina mena. A éste están adheridos otros

materiales, llamados ganga.

Condiciones del yacimiento: Riqueza, composición mineral,

dureza, estratos o rellenando grietas, situación geográfica,

ganga que acompaña.

1. TRITURACIÓN: Consiste en reducir el tamaño de las

partículas que provienen de la explotación del yacimiento.

Hay tres fases de quebrantamiento. Las trituradoras nos

garantizan un tamaño máximo, no un tamaño mínimo.

1. MOLIENDA: Consiste en reducir aún más el tamaño de las

partículas después de la trituración.

CLASIFICACIÓN: Separación por tamaños del producto resultante

de la molienda. Para ello se utilizan las cribas, que son

chapas perforadas en distintos tamaños, y los tromeles, que

son cilindros o troncos de cono.

El separador Evans consiste en varios recipientes en los que

entra el material desleído en agua y cae en un primer

recipiente con una boquilla donde se inserta agua a presión.

Regulando esta presión se llega a otra cubeta donde por

gravedad se depositan las partículas más gruesas. Las demás

continúan hasta la siguiente cubeta.

El separador de pistón consiste en un recipiente dividido en

dos departamentos. Uno de ellos tiene un pistón que presiona

al agua. Se produce así una corriente que tira de las

Page 35: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

partículas más finas que pasan por una criba. Las más gruesas

quedan en el fondo.

CONCENTRACIÓN: Es el proceso mediante el que vamos a separar

la ganga y la mena por propiedades físicas o magnéticas.

A nivel industrial existen dos métodos: Flotación y

separación magnética.

Flotación: Consiste en aprovechar las diferencias de

densidad entre los distintos materiales. Se ponen las

partículas en balsas de agua. Se inyecta aire a presión que

agita la masa y favorece que los elementos más ligeros suban

a la superficie.

Separación magnética: Consiste en aprovechar las

propiedades magnéticas, sobre todo en los materiales

ferrosos.

OBTENCIÓN DEL METAL PURO: Los metales nunca van a estar en

estado puro, sino combinados. Si tenemos el metal en forma de

óxido lo podremos reducir.

2MO + C ! 2M + CO2

MO + C ! M + CO

MO + CO ! M + CO2

En el caso de que esté en forma de carbonatos la reacción

será:

CALCINACIÓN

CO3 ____! CO2 + MO

Page 36: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Si está en forma de sulfuro:

TOSTACIÓN

2SM + 302 ____! 2SO2 + 2MO

CALOR

(CO)4Ni ____! Ni + 4CO Disociación

Cr2O3 + 2Al ____! Al2O3 + 2Cr Sustitución

SO4C4 ____! SO4 + Cu Electrolisis

En general, estas reacciones sólo se dan en estados casi de

fusión.

FUNDENTE: Se utiliza para eliminar los restos de ganga. Se

combina con ésta dando compuestos fácilmente fusibles

(escorias) y que evitan la mezcla de la ganga con el metal

bruto que se vaya produciendo. Si la ganga es ácida,

tendremos que utilizar un fundente básico, como la castina.

Si la ganga es básica se necesita un fundente ácido (a base

de silicio) como la erbua.

COMBUSTIBLES:

SÓLIDOS:

NATURALES:

LIGNITO.

HULLA.

ANTRACITA.

Page 37: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ARTIFICIALES:

CARBÓN VEGETAL.

COQUE.

LÍQUIDOS:

GAS-OIL.

FUEL-OIL.

GASEOSOS:

GAS DE ALUMBRADO.

GAS MANUFACTURADO.

GAS NATURAL.

AFINO DE LOS METALES: Proceso mediante el que eliminamos

impurezas que no se han eliminado en el proceso de obtención.

En algunos casos se pueden controlar las proporciones de

distintos metales.

Fusión: Aprovechamos los distintos puntos de fusión. Se

llega hasta la fusión de uno de ellos y el que queda en

estado sólido se decanta hasta el fondo. Se utiliza sobre

todo para impurezas de tipo metálico.

Reacción selectiva: Se calientan los metales hasta altas

temperaturas y se pone en contacto un elemento que sea

fácilmente combinable con las impurezas y fácilmente

eliminable.

Page 38: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Electrólisis: Se producen un ánodo y un cátodo. En el

ánodo se coloca el material que se quiera afinar y en el

cátodo láminas de metal puro. Las impurezas se van

decantando. Éste es un afino de terminación.

TRABAJO SOBRE LOS METALES:

Forja: Consiste en calentar el metal a una temperatura

de recristalización y por medio de golpes se reducen las

dimensiones. Desde forjas livianas o pequeñas a grandes

forjas.

Laminación: Consiste en pasar la pieza a laminar por dos

o más cilindros laminadores que giran sobre su eje y en

sentido contrario uno de otro que presionan sobre la pieza y

le dan forma. Al conjunto de laminadores se le llama tren de

laminación. Al paso del metal por los laminadores se le llama

pasada.

Laminadores de desbastar: Cogen el lingote de la

fabricación del acero y le dan una primera forma (cuadrada o

rectangular).

Trenes intermedios: Le dan la forma concreta. Siempre

son en caliente.

Tren de acabado: Perfila la superficie. Se hace en frío.

Trefilado: Consiste en pasar la pieza por unas boquillas

colocadas en hilera. Se puede hacer en caliente o en frío. En

este último caso hay que darle un recocido en alguna de las

fases del trefilado. Se va disminuyendo poco a poco la

sección.

Page 39: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Moldeo: Consiste en dar forma a los metales por medio de

moldes que reproduzcan la pieza que queremos obtener. El

molde debe ser fácil de realizar, que resista el material

fundido, debe ser fácilmente desmontable. En piezas de

fundición los moldes van a ser de arena.

Moldeo en lecho: Piezas superficiales.

Centrifugación: Se inyecta el metal fundido contra las

paredes de un molde que gira y que distribuye el metal (para

tubos...).

A presión: Planchas o prensas donde está reproducido el

molde. Por medio de presión acoplamos el metal fundido.

Moldeo de primera fusión: Consiste en obtener lingotes a

partir directamente de la obtención.

Moldeo de segunda fusión: Consiste en obtener lingotes a

partir del afino.

Mecanizado: Operaciones sobre el metal: Recalcado,

taladrado...

SIDERURGIA

DEFINICIÓN.

La siderurgia es la parte de la metalurgia que estudia todo

lo referente al hierro y al acero.

El hierro está de un 5 a un 7% en la corteza terrestre

combinado de muy distintas formas. Para que sea rentable, el

mineral debe tener al menos un 20% de hierro.

Page 40: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

MINERALES FÉRRICOS.

Magnetita: Fe2O4. Tiene alrededor del 70% de hierro. Es el

mineral de mejor calidad para la obtención.

Oligisto: Fe2O3. Tiene el 60% de hierro. También llamado

hematite roja. Es más abundante que la magnetita.

Limonita: 2Fe2O3+3H2O. También llamada hematite parda. Tiene

el 45% de hierro, con bastantes impurezas de tipo silicato.

Es bastante abundante.

Siderita: CO3Fe. Tiene del 30 al 35% de hierro. Suele tener

impurezas de manganeso que mejoran las propiedades del acero.

Piritas: Del 50 al 60% de hierro. La depuración del azufre es

costosa y siempre quedan cantidades apreciables del mismo.

EL HORNO ALTO.

La materia prima es el mineral triturado y molido. El

combustible es el coque.

Se utiliza un fundente básico de caliza. Con este fundente

podremos separar los elementos ácidos que acompañen al

mineral, sobre todo silicatos.

Se mezcla el mineral con la caliza y se va introduciendo en

el alto horno en capas alternadas: mezcla mineral más

fundente, carbón de coque.

Cuando el material es muy pulverulento se hacen ladrillos

compactos de mineral más fundente (sinterización).

Page 41: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

La obtención se hace por reducción de los óxidos metálicos

que tenemos en el mineral.

El alto horno es una torre de forma oblonga de unos 20-30

metros de altura. Las paredes son de material refractario. La

forma troncocónica del horno facilita la caída del material y

absorbe los aumentos de tamaño.

La extracción de las escorias se denomina sangrado.

Las toberas son los conductos por donde se inyecta aire para

la combustión. El aire proviene de las estufas Cawell.

Procesos en el alto horno:

200-400° C. Zona de desecación. Se elimina la humedad.

600-800° C. Zona de reducción. Todavía se mantiene en estado

sólido.

1000° C. Carburación.

1400-1800° C. Zona de fusión.

El material va descendiendo. Las cenizas, los gases y las

escorias ascienden.

Los hornos se deben mantener continuamente encendidos.

Por la tobera pasa el oxígeno y se produce la reacción de

combustión del coque.

El CO2, al ascender, provoca que se produzcan las reacciones

de descomposición del hierro.

Page 42: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

(SiO2)2Al2O3 + 7CO3Ca ___! 2SiO22CaO + Al2O33CaO + 2H20 +

7CO2

Las impurezas, en presencia del fundente nos dan escorias que

son componentes del clinker de cemento portland.

Tras la reducción siguen existiendo impurezas.

El hierro así obtenido es llamado arrabio, con porcentajes de

carbono superiores al 4%.

Arrabio:

Lingote 1ª fusión: · Hierro dulce o pudelado.

· 2ª fusión, fundición y moldeo.

· Afino con cubilotes.

Arrabio líquido para afino: Aceros.

Arrabio líquido para moldes.

ESCORIAS: Se pueden obtener de tres formas distintas en

función de como las vaya a enfriar. Deben ser ricas en sílice

y alúmina.

Enfriada al aire: Escorias normales, como árido, como

rellenos una vez trituradas.

Atronadas: Enfriadas bruscamente con agua. Se fraccionan

y se pueden utilizar como adiciones para los cementos.

Escorias dilatadas: Enfriadas con una cantidad inferior

de agua. Se suelen utilizar como árido en hormigones ligeros.

Page 43: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Enfriadas con vapor de agua a presión: Se producen una

serie de filamentos. Se utilizan como aislamiento térmico y

acústico.

GASES: Se utilizan para aportar calor a la continuación del

proceso siderúrgico.

BLANCA ORDINARIA

ORDINARIAS GRISES FERRÍTICA

ATRUCHAD PERLÍTICA

FUNDICIONES BAJA ALEACIÓN

ALEADAS

ALTA ALEACIÓN

ESPECIALES

MALEABLES

GRAFITO

FUNDICIÓN: Tiene más de un 1'76% de Carbono. El arrabio sale

con un contenido de carbono superior al 4% y con otros

componentes como silicio, manganeso, azufre y fósforo. Por lo

tanto, el arrabio es una fundición.

Fundiciones ordinarias: Son las fundiciones de primera

fusión o las que también son sometidas al afino.

Blancas: Al romper la fundición, tiene un

aspecto blanco metálico. Todo el carbono que tienen está

combinado con el hierro en forma de cementita. La cantidad de

Page 44: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

carbono está entre el 1'76 y el 6'67%. Es un producto de gran

dureza, fragilidad y poca tenacidad. Cuanto más carbono

tenga, será más duro, más frágil y menos tenaz. No tiene

demasiada utilización. Recocida se convierte en una fundición

maleable

Grises: El color de la fractura es gris.

El carbono se encuentra en forma de grafito.

Ordinarias: Son fundiciones más densas, menos

resistentes, más tenaces, menos frágiles, resistentes a las

vibraciones, se pueden moldear mejor, se pueden trabajar con

lima. El enfriamiento lento favorece la formación de

fundición gris. Se utiliza para piezas de maquinarias, para

tubos, para lingoteras, para ruedas, para tapas de

arquetas...

Perlíticas: Son fundiciones grises en las que parte del

carbono está en forma de perlita laminar. Tienen mayor

resistencia al desgaste, más dureza y más resistencia a

tracción que las ordinarias (40 frente a 30 Kg/mm). Son más

difíciles de obtener, siempre en un afino y a altas

temperaturas.

Atruchadas: Están a medias entre la fundición blanca y

la gris. Presenta unas escamas blancas.

Fundiciones especiales:

INOCULACIÓN: Consiste en añadir en la cuchara de colada un

ferrosilicio o siliciuro cálcico, que tienen características

de desoxidantes y facilitan la producción de grafito.

Consigue mejorar las características mecánicas sin aumentar

la fragilidad.

Page 45: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Partiendo de fundiciones ordinarias y añadiéndole otros

materiales obtenemos las fundiciones aleadas.

Fundiciones aleadas:

De baja aleación: Menos de un 5%. Así se obtienen

propiedades como alta resistencia a tracción, al desgaste, al

calor. Se utilizan níquel, cromo y molibdeno.

De alta aleación: Más de un 5%. Se utiliza cromo, níquel

y aluminio. Van dirigidas a tener buenas características

mecánicas a temperaturas superiores a 1000° C. En el caso del

aluminio a 2000° C.

Fundiciones maleables: Se trata de encontrar un producto

más tenaz y menos frágil que las fundiciones blancas. El

proceso consta de dos fases: Se hace el elemento en fundición

blanca. Después se pasa al recocido (elevación de la

temperatura de una pieza hasta casi la de transformación en

austenita) y se deja enfriar lentamente.

Método europeo o de corazón blanco: Se coge la pieza de

fundición blanca con el menor contenido posible de carbono y

silicio entre el 0'6 y el 1%. Se envuelve en un material

oxidante y se mete en cajas herméticamente cerradas al horno

a 1000° C. El primer día se eleva la temperatura. Durante

tres días se mantiene, produciéndose una descarburación. Se

deja enfriar durante dos días. Así se obtiene una pieza con

la misma resistencia y mayor tenacidad.

Método americano o de corazón negro: Con silicio entre

el 1'1 y el 1'2% y la menor cantidad posible de carbono. El

proceso es similar al anterior. La temperatura sube a 700-

800° C. Se deja un día de calentamiento, dos de mantenimiento

Page 46: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

y tres de enfriamiento. El material que rodea a las piezas es

neutro y no oxidante. Se obtiene carbono en forma de grafito,

mejores características mecánicas que con el europeo, y se

pueden tratar piezas de mayor grosor (3 cm frente a 1 cm).

Fundición de grafito: En ella se encuentran nódulos de

grafito de 0'05 mm de diámetro. Se obtiene a partir de

fundiciones grises ordinarias. En la cuchara de la colada se

le ha incluido un inoculante (ferrosilicio y magnesio). El

tratamiento que sufre es un temple (calentamiento a 908° C y

enfriamiento en aceite). Pierden algo de resistencia pero

aumenta mucho la tenacidad.

Los hornos de cubilote se cargan con fundición de primera

fusión en forma de lingotes, con castina como fundente y con

carbón de coque.

La temperatura se consigue por la combustión del carbón

favorecido por la inyección de aire por las toberas.

El proceso es similar al del alto horno. Se puede reducir el

carbono a menos del 1'76%.

La fundición es la que más cantidad de carbono va a tener. A

más carbono, menos soldabilidad, menos forjabilidad, más

resistencia a la corrosión, más resistencia a las vibraciones

y mejor moldeo.

Según pierde carbono, se va solidificando, y su punto de

fusión es más bajo. A más carbono, menor punto de fusión.

Fundición = 1300° C.

Aceros = 1400-1500° C.

Page 47: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Hierro dulce = 1700° C.

Formas comerciales de las fundiciones: Tuberías de

saneamiento y todas sus piezas accesorias, registros,

rejillas de suelo, tapas, cerrajería, mobiliario urbano,

válvulas...

HIERRO DULCE O PUDELADO: Tiene un porcentaje de carbono del

0'1 como máximo. Su estructura es fibrosa, es blando, dúctil,

maleable, forjable, soldable, trabajable. No puede ser

endurecido por temple. Tiene un punto de fusión muy alto. Es

el menos resistente mecánicamente.

Actualmente ha sido sustituido por aceros extrasuaves.

Se obtiene a partir del horno de reverbero. Éste consta de

una solera central con un gran recipiente donde se colocan

los lingotes. La fuente de calor no está en contacto con él.

Según se va calentando se produce un principio de fusión en

los lingotes y el oxígeno oxida los componentes y reduce el

carbono. Según se va perdiendo carbono la temperatura de

fusión es más alta y parte se va solidificando.

Las escorias quedan adheridas a las bolas y hay que

eliminarlas (cinglarlas).

Este hierro prácticamente no se va a utilizar. Es apreciado

para hacer aleaciones de acero especial. También se utiliza

para piezas de barco, cadenas...

ACEROS: Afino en estado líquido:

Mezclador.

Convertidor: Bessemer / Thomas / LD.

Page 48: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Solera Martin-Siemens: Ácido / Básico.

Horno eléctrico.

Crisol

MEZCLADOR: Está revestido interiormente de fábrica

refractaria. Sirve para homogeneizar la colada del alto horno

y como recipiente regulador para los hornos de afino,

manteniendo el arrabio líquido.

El mezclador se alimenta de forma continua.

Se produce de forma indirecta un principio de afino. El

azufre, el silicio, el manganeso y parte del carbono, en

contacto con el oxígeno se oxidan. El que más se altera es el

azufre que se oxida de un 20 a un 25%. El fósforo no se

reduce.

CONVERTIDOR:

C - 3'5 a 4%

Si - 1'5 a 2%

Bessemer: Mn - 1'5 a 3%

S - < 0'05%

P - < 0'05%

C - 3'5 a 4%

Si - 0'4 a 0'6%

Thomas: Mn - 1'5 a 2%

Page 49: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

P - 1'7 a 2'2%

S - < 0'1%

En presencia de escorias (básicas o ácidas), estos

componentes reaccionan con las impurezas y con el oxígeno

para ir afinando el producto.

El refractario del horno debe ser del mismo tipo que la

escoria.

Si + 2FeO ___! SiO2 + 2Fe + CALOR

Mn + FeO ___! MnO + Fe + 1/3 CALOR

2P + 5FeO ___! P2O5 + 5Fe + ½ CALOR

S + 2FeO ___! SO2 + 2Fe - ½ CALOR

C + FeO ___! CO + Fe - 1/3 CALOR

P2O5 + 3CaO ___! (PO4)2Ca3. Sólo en pH básico.

PROCEDIMIENTO BESSEMER:

En el convertidor Bessemer el ladrillo refractario es ácido.

En la parte inferior tiene unas perforaciones por donde entra

aire (toberines).

Se producen reacciones de oxidación.

El convertidor gira como una hormigonera. La carga se realiza

directamente de la colada de alto horno o del mezclador,

inclinando el convertidor.

Page 50: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Se pone en posición vertical y empieza el soplado. Se

producen las reacciones anteriores.

La primera (la del silicio), es la que más calor produce.

Casi a la vez reacciona el manganeso, que es un componente

que desoxida al hierro. Esta reacción es mucho más lenta que

la del silicio.

En esta primera fase de oxidaciones se produce una llama

corta y con muchas chispas.

A continuación se oxida el carbono. El monóxido de carbono se

desprende como gas. Hay que aportarle calor. Se produce una

llama larga e intensa. Cuando termina la descarburación, la

llama cae.

Si existe fósforo, éste no se elimina hasta que no lo hace el

carbono. El fósforo atacará al revestimiento ácido del

convertidor.

PROCEDIMIENTO THOMAS:

También se denomina Bessemer básico. Es el mismo sistema pero

con refractario básico.

Se introduce cal como escoria en el proceso, del 15 al 20%.

La materia prima va a tener mayores cantidades de fósforo,

azufre y disminuye la cantidad de sílice.

Primero se introduce la cal y posteriormente la fundición. Se

coloca el horno vertical y se procede al soplado. Son las

mismas fases que en el procedimiento Bessemer.

Page 51: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El silicio se oxida más rápido. Durante la descarburación

también se produce una llama larga, pero salen proyecciones

de cal.

En la fase de humos o de sobresoplado se produce la oxidación

del fósforo, que aporta el calor. Va precedido de una llama

corta de rojo intenso pero con una gran cantidad de humo.

El óxido de fósforo se elimina reaccionando con la cal y da

fosfato cálcico, que sobrenada en el baño y que a la hora de

la descarga se vierte primero y se retira.

En los dos procesos, al final se puede introducir

ferromanganeso carbonado (spiegel) ya fundido, para carburar

algo.

CONVERTIDOR LD:

La carga y la descarga se hace por la boca superior.

Se introduce una lanza por la boca a una presión determinada.

Se suele inyectar oxígeno puro, así la reacción es más

violenta, más instantánea.

El proceso de carga es inclinando el convertidor. Lo primero

que se carga es chatarra sólida, restos de material. Después

se echa la fundición líquida, se coloca en posición vertical

y se produce el soplado a través de la lanza.

En el caso del procedimiento básico hay que introducir al

principio la escoria (la cal).

El proceso de reacciones es el mismo pero en un tiempo menor.

El proceso se controla mejor en este convertidor.

Page 52: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

CONVERTIDOR KALDO:

Es una variedad del LD. Tiene una inclinación de 17°. Puede

girar alrededor de su eje como una hormigonera. Se consigue

una mayor homogeneidad. Las temperaturas se distribuyen

mejor.

AFINO EN SOLERA:

La cubierta no debe ser dañada por el calor ni debe estar en

contacto con el baño.

La bóveda es de ladrillo silíceo sea el procedimiento que

sea.

Estos hornos se controlan mejor que los convertidores.

Procedimiento ácido: La cubeta coincide con la bóveda. Las

materias primas son las mismas que en el convertidor

Bessemer, pero la oxidación es distinta.

Hay tres procedimientos, el scrap process, el ore process y

el mixto.

El scrap process o proceso de dilución consiste en introducir

chatarra (hierro con poco carbono). En el momento en que se

fusione, el carbono se va a diluir entre la materia prima y

la chatarra. Una pequeña parte se oxida.

El ore process consiste en introducir óxido de hierro sin

impurezas en la cubeta. En el momento en que se calienta, se

desprende el oxígeno y se combina con el carbono.

En estos hornos se debe aportar calor y la carga se produce

por los lados.

Page 53: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El procedimiento mixto introduce chatarra y mineral.

Primero se eliminan el silicio y el manganeso. El carbono se

oxida cuando el baño está totalmente cubierto de escoria de

la oxidación del silicio. Entonces se produce una especie de

hervido que indica la descarburación. No debe haber ni

fósforo ni azufre.

El Martin-Siemens es el más utilizado.

Se obtienen aceros finos (las tolerancias de los porcentajes

están muy ajustadas).

HORNOS ELÉCTRICOS:

1. ARCO: Consiste en utilizar dos electrodos de carbono

puro. Hay dos modelos, con los dos electrodos en la parte

superior del horno, que es el más utilizado, o con uno por la

parte superior y el otro por la parte inferior.

No se producen oxidaciones por la atmósfera, las reacciones

se producen por adiciones de material.

1. INDUCCIÓN: Consiste en un canal circular que forma

anillo y que hace de secundario de un transformador donde el

primario es un devanado.

1. ALTA FRECUENCIA: Es un crisol de forma rectangular y que

está rodeado de un devanado en forma de bobina por el que

circula corriente eléctrica de alta frecuencia que crea en el

baño unas corrientes inducidas que elevan la temperatura.

El más utilizado es el de arco.

Page 54: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

En los hornos eléctricos no se puede partir de fundiciones de

alto horno, pues tienen demasiadas impurezas. Se afinan

aceros ya tratados anteriormente.

Se utilizan sobretodo para producir aceros aleados.

Se pueden controlar fácilmente, permiten ajustar

perfectamente las proporciones de los componentes.

Es un procedimiento caro para aceros comunes.

AFINO AL CRISOL: El crisol es un recipiente de arcilla

refractaria o de grafito que se coloca en hornos de solera y

que se carga con aceros, fundición y chatarra en estado

sólido.

Se caliente hasta fusión de los componentes. Primero se

funden los óxidos de silicio, de manganeso y se van al fondo.

Después funden el resto de los componentes y la escoria sube

a la superficie.

En este afino no se puede añadir cal. El baño es en atmósfera

neutra.

Reaccionan el baño fundido y las paredes del crisol.

Se suele trabajar con crisoles tapados. Se introducen aceros

ya tratados.

Se producen aceros aleados, producciones pequeñas. Como

materia prima se emplea la producción de otros convertidores,

no la de alto horno.

ALEACIONES HIERRO-CARBONO.

Page 55: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El hierro puro tiene un porcentaje menor del 0'008% de

carbono. No tiene utilización industrial. Es un hierro muy

blando, muy soldable, con el mayor punto de fusión, es

magnético, fácilmente forjable. Su temperatura de fusión es

prácticamente constante 1539° C.

Según se aumenta o se disminuye la temperatura del hierro, se

producen cambios estructurales (forma del cristal, tamaño o

colocación de los átomos).

Estos cambios se producen a distinta temperatura según el

proceso sea de enfriamiento o de calentamiento.

Se toman como temperaturas críticas las medias de las

temperaturas de los dos sentidos:

A1 - 723 ° C

A2 - 768 ° C

A3 - 910 ° C

A4 - 1400 ° C

Cuando se produce una variación de estructura pero no de

composición se llaman variedades alotrópicas.

Hierro : Hasta 768° C. Cristaliza en el sistema cúbico

centrado. Es magnético, no disuelve prácticamente carbono,

produciéndose a la temperatura A1 la máxima solubilidad de

carbono, pudiendo llegar al 0'02%, y disminuyendo luego.

Hierro : Desde 768 hasta 910° C. Cristaliza en el sistema

cúbico centrado pero de 2'9 de luz de malla. No es magnético.

Page 56: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Hierro : De 910 a 1400° C. Cristaliza en el sistema cúbico

centrado en las caras. Luz de malla igual a 3'6

En esta fase es cuando se disuelve más fácilmente el carbono.

La solubilidad máxima es del 1'76% a 1130° C, pasando a

disminuir después.

No es magnético.

Hierro : A 1400° C. Luz de malla de 2'9 . Estructura cúbica

centrada en el centro de gravedad, con casi el mismo tamaño

que al principio. Es magnético. La máxima solubilidad es del

0'07% a 1130° C.

A 1539° C se produce la fusión.

CONSTITUCIÓN ALEACIONES HIERRO-CARBONO:

1. COMPOSICIÓN QUÍMICA:

Aceros no aleados: Sólo existe hierro, carbono y algunas

impurezas en muy pequeña proporción (0'5%).

Aceros aleados: Con más del 0'5% de otros componentes.

Fundiciones: A partir del 1'76% y hasta el 6'67% de carbono.

1. CONSTITUCIÓN: Depende de la cantidad de carbono y de la

temperatura.

Ferrita: O hierro puro. Es el hierro , que como máximo llega

a disolver el 0'08% de carbono. Presente en los aceros, es

blando, dúctil, cristaliza en la red cúbica centrada. Tiene

una dureza Brinell de 90, resistencia de rotura a tracción de

28 Kp/mm2, alargamiento del 35 al 40%. Es magnético.

Page 57: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Cementita: Es carburo de hierro CFe3. Contiene el 6'67% de

carbono y el 93'33% de hierro. Es el constituyente más duro y

frágil de los aceros. Dureza Brinell de 700. Es magnética

hasta 210° C, llamada temperatura Curie. Cristaliza en la red

ortorrómbica.

Perlita: Es una composición de las dos anteriores: cementita

en un 13'5% y ferrita en un 86'5%. Tiene una dureza Brinell

de 200, resistencia a rotura de 80 Kp/mm2 y un incremento de

longitud del 15%.

Austenita: Es el constituyente más denso de los aceros. Está

formada por una solución sólida de carbono y de hierro .

Tiene una proporción de carbono disuelto del 0'5 al 1'76%. La

austenita empieza a formarse a partir de la temperatura A1. A

temperatura ambiente no existe la austenita. Tiene una dureza

Brinell de 300. Su resistencia es de 100 Kp/mm2, alargamiento

del 30%. No es magnética. Tiene cristales cúbicos de hierro

con el carbono en la mitad de las aristas y en el centro.

Martensita: Es el segundo constituyente más duro de los

aceros. Es una solución sólida de carbono en hierro . Se

obtiene por enfriamiento muy rápido de los aceros previamente

transformados en austenita. Debe su dureza a este

enfriamiento rápido. La proporción máxima de carbono es del

0'89%. Dureza Brinell de 600-700. Resistencia de 200 Kp/mm2.

Alargamiento del 2%. Es magnética.

Troostita: Se obtiene por transformación isotérmica de la

austenita. Se calienta hasta que todo se ha transformado en

austenita y se enfría rápidamente hasta 500-600° C,

manteniéndose esta temperatura hasta la total transformación

en troostita. Tiene una estructura de cementita sobre

Page 58: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ferrita. Dureza Brinell de 450. Resistencia a tracción de 250

Kp/mm2 y alargamiento del 7'5%.

Sorbita: Se obtiene igual que la anterior pero el

enfriamiento es hasta 600-650° C. Su estructura es de

laminillas de cementita y ferrita. Tiene una dureza de 350,

resistencia de 100-150 Kp/mm2 y alargamiento del 15%.

Bainita: El enfriamiento es hasta 200-250° C. Está formada

por ferrita con placas de cementita. Es algo más blanda que

la anterior

Ledeburita: Es un constituyente de las fundiciones. Se

encuentra en aleaciones con carbono en más del 1'76%. Está

formada por el 48% de austenita y el 52% de cementita. Tiene

un porcentaje de carbono del 4'3%. Se obtiene al enfriar la

fundición líquida, y forma una mezcla eutéctica, que es

aquella en la que la temperatura de fusión o de

solidificación (1130° C) es la más baja de las combinaciones

de aleación hierro-carbono y de cada una por separado.

Steadita: Aparece en fundiciones con más del 0'15% de

fósforo. Se compone de un 10% de fósforo y da un

constituyente muy duro y frágil que funde a 960° C. Es típica

en las fundiciones grises.

Grafito: Es carbono puro. Se puede encontrar en las

fundiciones en forma de nódulos. Es lubricante y absorbe

vibraciones. Las fundiciones con grafito son menos duras, más

trabajables, menos resistentes y con mejor comportamiento al

desgaste. El grafito disminuye la corrosión.°

1. ESTRUCTURA:

Page 59: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Cristalina: Formada por cristales normalmente cúbicos de

distintos tamaños. Va en función de los constituyentes y de

la temperatura de formación.

Micrográfica: Formada por granos. Tiene gran importancia

en cuanto a su tamaño en las características de los aceros.

Cuanto mayores sean los granos, peores cualidades tendrá el

acero. Cuando por procesos mecánicos el grano ha aumentado

demasiado, se le somete a un recocido.

Macrográfica: Está formada por fibras y va a depender de

las impurezas que le acompañen y del tratamiento a que haya

sido sometido.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS.

NORMALIZADO.

RECOCIDO: REGENERACIÓN

R. SUPERCRÍTICO:

GLOBULAR

R. GLOBULAR

R. ABLANDAMIENTO

R. SUBCRÍTICO: R. ACRITUD

R. ESTABILIZACIÓN

R. AUSTENIZACIÓN COMPLETA

R. ISOTÉRMICO: R. AUSTENIZACIÓN INCOMPLETA

Page 60: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

PATENTING

TEMPLE:

AUSTENIZACIÓN COMPLETA

T. NORMAL:

AUSTENIZACIÓN INCOMPLETA

AGUA Y ACEITE

T. INTERRUMPIDO:

AGUA Y AIRE

AUSTEMPERING

T. ISOTÉRMICO:

MARTENPERING

OXIACETILÉNICO

T. SUPERFICIAL:

POR INDUCCIÓN

REVENIDO.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS: Son aquellos que a base de uno o

varios calentamientos, por efecto de la temperatura o también

en presencia de otro elemento químico, varían alguna de las

propiedades de origen del material.

En función de las fases, pueden ser tratamientos puramente

térmicos o tratamientos termoquímicos.

Page 61: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Debemos distinguir la temperatura a la que tenemos que

llegar, si está por debajo o por encima de la temperatura

crítica. También es importante el tiempo de permanencia, la

velocidad de enfriamiento y si existe una temperatura

intermedia.

Según la velocidad de enfriamiento, se pueden obtener unos

constituyentes u otros.

Velocidad crítica: Es la mínima velocidad a la que toda la

austenita se convierte en martensita. (Es la tangente a la

curva).

NORMALIZADO: Consiste en calentar el material ligeramente

(50° C) por encima de la temperatura crítica hasta que todo

se haya convertido en austenita.

Posteriormente se deja enfriar al aire. Se diferencia de los

demás en que la velocidad de enfriamiento es intermedia.

Se le da a los materiales que han sufrido un tratamiento

mecánico defectuoso, para normalizar su estructura. Se emplea

para aceros de baja aleación (<50%).

RECOCIDO: Se trata de ablandar el material para poder

trabajarlo mejor. Según la temperatura a la que elevemos el

material, el recocido puede ser subcrítico (sólo parte del

material se convierte en austenita), supercrítico (todo se

convierte en austenita) o isotérmico (al enfriar se llega a

una temperatura intermedia, se mantiene y después se deja

enfriar).

Supercrítico:

Page 62: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

De regeneración: Consiste en calentar por encima de la

temperatura crítica para transformar todo el acero en

austenita, enfriándolo después de forma lenta hasta 500° C.

Posteriormente se deja enfriar al aire. Se obtiene ferrita y

perlita o cementita y perlita. Se utiliza en aceros con más

del 0'6% de carbono.

Globular: Es un recocido de austenización incompleta. Se

calienta a una temperatura intermedia de tal forma que se

transforme la cementita en austenita. Se enfría muy

lentamente hasta 500° C (unos 15° por hora) y se enfría al

aire. Se obtiene estructura globular de cementita y ferrita

que hace ablandar el material. Se utiliza para aceros

bastante carburados. Se obtienen aceros aleados para

herramientas.

Subcrítico:

De ablandamiento: No se produce una transformación total

en austenita. Se deja enfriar la pieza al aire. Es

prácticamente igual que el revenido. Se emplea para aceros

aleados.

Contra la acritud: Para aceros que han sufrido un

tratamiento de alargamiento. Se calienta a temperatura

inferior a la crítica (700° C) y se enfría al aire. Para

flejes, alambres, y para aceros con poco contenido de

carbono.

De estabilización: Para eliminar las tensiones que se

producen tras el moldeo. Es un calentamiento bajo (200° C)

durante unas 100 horas.

Isotérmico:

Page 63: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Austenización completa.

Austenización incompleta.

Estos tratamientos se realizan para aceros aleados, aceros

para herramientas, aceros al wolframio. La velocidad de

enfriamiento primero va a ser lenta, luego constante durante

un tiempo y finalmente rápida, al aire.

Patenting: Es un recocido contra la acritud para acros

que han sufrido un alargamiento por trefilado. Entre 0'5y

0'7% (alambres). Consiste en sumergirlos en unos baños a

temperaturas de austenización. Después pasan a un baño de

plomo a temperatura constante. Se dejan enfriar rápidamente.

Con eso se logra aumentar la resistencia a tracción y mejorar

la tenacidad.

TEMPLE: Consiste en un calentamiento a temperatura

conveniente para transformar toda la masa de acero en

austenita seguido de un enfriamiento suficientemente rápido

para transformarlo en martensita.

Se le da a los aceros y consigue aumentar la dureza, el

límite elástico y la resistencia a tracción. Disminuye el

alargamiento y la tenacidad.

Fases:

1. Calentamiento: Para los aceros con menos de 0'89% de

carbono (ferrita + perlita), la temperatura de calentamiento

será mayor que la temperatura crítica superior. Para el resto

de aceros (cementita + perlita) la temperatura de

calentamiento será intermedia entre la crítica superior y la

inferior.

Page 64: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

1. Enfriamiento: La velocidad de enfriamiento debe ser

superior a la velocidad crítica. Si en el temple busco otros

componentes, la velocidad irá en función de ello. Siempre

debe ser una velocidad de enfriamiento rápida. Las

velocidades dependen del medio (desde salmuera hasta agua

fría, aceite, baños de plomo e incluso baños de mercurio, al

aire...).

Normales:

Austenización completa: Para aceros con menos del 0'89%

de carbono. Se calienta unos 50° C por encima de la

temperatura superior. Se enfría rápidamente para que toda la

austenita se convierta en martensita.

Austenización incompleta: Calentamiento entre la

temperatura crítica superior y la inferior. Enfriamiento

rápido. Se utiliza para aceros hipereutectoides.

Interrumpidos:

Agua y aceite: Es un temple normal con un primer

enfriamiento en agua más rápido de la velocidad crítica. Una

vez superada la curva de tangencia se deja enfriar en aceite.

Sirve para evitar tensiones en las piezas.

Agua y aire: Temple normal. El enfriamiento rápido es en

agua fría hasta 250° C y a partir de ahí se le deja al aire.

Evita tensiones. Se utiliza para herramientas tipo limas.

Isotérmico: En el proceso de enfriamiento, la

temperatura se mantiene constante durante un tiempo.

Page 65: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Austempering: o temple diferido o bainítico. Se calienta

a más de la temperatura crítica. Se enfría bruscamente hasta

los 250-550° C. Se mantiene esa temperatura hasta que la

austenita se transforma en bainita. Se obtiene un producto

más blando pero con menos tensiones que no necesita

tratamientos posteriores. Aumenta la tenacidad. Se utiliza

para piezas pequeñas con un porcentaje de carbono del 0'5 al

1'2%.

Martenpering: Se calienta a temperatura superior a la

crítica y se enfría aún más bruscamente. Se lleva a 200-300°

C y se mantiene en esa temperatura. Se deja enfriar al aire y

se obtiene una martensita revenida. Se utiliza en piezas

pequeñas para que la temperatura de tratamiento sea uniforme.

No aparecen tensiones.

Superficial: En algunas piezas sólo se necesitan algunas

zonas templadas:

Oxiacetilénico: La zona a tratar se calienta con soplete

a temperatura superior a la crítica. Por chorro de agua fría

o corriente de aire se enfría. Para aceros con un porcentaje

de carbono del 0'3 al 0'6%. Se puede desconchar la pieza. Se

obtiene una profundidad de 1 a 6 mm.

Por inducción: Consiste en una bobina por donde pasa

alta frecuencia eléctrica. Se eleva la temperatura por encima

de la crítica. Se enfría igual que el oxiacetilénico.

REVENIDO: Es siempre complementario del temple. Su objetivo

es mejorar la tenacidad y aumentar el alargamiento. Ablanda

algo el material y disminuye algo la resistencia a la

tracción.

Page 66: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Es un calentamiento hasta temperatura inferior a la crítica.

No hay transformación en austenita. Se mantiene y tiene un

enfriamiento al aire o al agua.

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS: Además de intervenir la

temperatura, existe algún elemento químico que participa en

la obtención de las propiedades que se buscan.

1. Cementación: Se trata de aumantar la dureza del material

sin disminuir excesivamente la tenacidad. Enriquecemos

superficialmente la cantidad de carbono. Para ello se sitúa

el acero a temperatura de transformación en austenita porque

así tiene su máxima solubilidad de carbono.

En función del medio en que se realice puede ser:

Sólida: Se introduce en unas cajas metálicas donde se

envuelve en polvo de carbón y carbonatos alcalinos. Se eleva

la temperatura por encima de la temperatura crítica y se va

produciendo la formación de CO.

2CO ____! CO2 + C

El CO2 aumenta el calor y el C va a la superficie del metal.

Es un método caro, lento y en el que no se recupera bien el

calor.

Líquida: Son baños de sales fundidas. Se obtienen

mayores profundidades de cementación y es más barato.

Gaseosa: El metal ya caliente se pone en contacto con

corrientes de gases a bases de monóxido de carbono.

Page 67: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

1. Cianuración: Para piezas pequeñas: Se hace en baños

salinos de carbonatos y cianatos sódicos. Se consigue así una

carburación y una nitruración superficiales. Se utiliza para

espesores máximos de 0'3 mm.

Las piezas sometidas a estos procesos suelen haber tenido un

recocido de regeneración, para obtener el grano adecuado. A

las piezas cementadas y nitruradas se les puede dar un

tratamiento de temple.

1. Nitruración: Consiste en introducir nitrógeno en la

pieza para que ésta lo absorba superficialmente y se quede

entre los cristales del acero aportando una dureza

extraordinaria. No es necesario subir a temperatura de

austenización, sólo a 450-500° C. Se pasa la pieza por una

corriente de amoniaco.

4Fe + 2NH3 ___! 2Fe2N + 3H2

8Fe + 2NH3 ___! 2Fe4N + 3H2

Se consiguen espesores de 0'2 a 0'5 mm. Tiene la ventaja de

la menor temperatura. No necesita tratamientos posteriores.

Se obtienen durezas superiores a las de otros tratamientos.

Se mejora su comportamiento frente a corrosión y fatiga. Se

produce una atmósfera de gases venenosos.

1. Maleabilización (Fundición maleable).

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS ALEADOS:

Presencia de Carbono: Cuanto más carbono más resistencia

a tracción, mayor límite elástico, menos alargamiento, menor

tenacidad, mayor dureza y menos soldabilidad.

Page 68: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Manganeso: Suele estar presente porque actúa de

desoxidante. Aumenta el límite elástico y tensión de rotura.

Como máximo el 2'5%. Hace más templables los aceros. A

temperaturas altas (500° C) se vuelve frágil.

Silicio: Aumenta la resistencia a tracción, el límite

elástico y no disminuye la resilencia (tenacidad). Mejora la

templabilidad. En proporciones pequeñas aumenta la corrosión,

pero en altas proporciones (más del 16%) lo hace resistente a

ataques por ácidos.

Fósforo: Aumenta la resistencia, la dureza de los aceros

con bajo contenido en carbono. Baja su punto de fusión.

Mejora la resistencia a la corrosión. Su presencia es

indeseable porque aporta una gran fragilidad en frío y

disminuye el alargamiento.

Azufre: Su presencia no es recomendable. También produce

fragilidad, sobre todo en caliente. En frío disminuye el

alargamiento y la resilencia. Agrava la corrosión.

Níquel: Hasta un 5%. Aumenta la resistencia a tracción y

el límite elástico. Comparado con aceros sin níquel de la

misma dureza, aumenta la resilencia y el alargamiento incluso

a temperaturas elevadas. Disminuye la corrosión y con el

cromo da lugar a los aceros inoxidables.

Cromo: Suele ir con el níquel y el molibdeno. Es el

componente más importante (10-15%) en los aceros inoxidables.

Molibdeno: Mejora la resistencia a la tracción y la

templabilidad. Fundamentalmente aumenta las resistencias

mecánicas en caliente.

Page 69: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Cobre: Influye sobre la corrosión, disminuyéndola. Forma

una película de óxido de cobre superficial. Aumenta las

características mecánicas.

Cobalto: 12%. Se utiliza para acero resistente a

cualquier agente corrosivo.

Estos componentes dan lugar a los aceros especiales.

ACEROS RESISTENTES A LA OXIDACIÓN Y LA CORROSIÓN

Semi inox:

Hierro Armco

Aceros al cobre

Aceros al cromo: <5%

Inoxi:

Martensíticos:

A. Inox. Extrasuave

Acero de cuchillería

A. Inox. Duros martensíticos

- A. Martensíticos al cromo níquel

Ferrítico:

16% cromo 0'10% carbono

27% cromo 0'10% carbono

Austeníticos:

Page 70: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

1⫦%⫦&⫦'⫦(⫦)ゴ* 18-8

25-12

20-25

12-12

SEMI INOX: Son aceros que resisten la corrosión atmosférica y

que se emplean en estructuras metálicas que van vistas y que

hacerlas con acero inoxidable está prohibido.

Armco: 0'012% de carbono, 0'017% de manganeso, 0'005% de

fósforo y 0'025% de silicio.

Aceros al cobre: Para puentes. 0'15% de carbono, 0'60% de

manganeso, 0'40% de cobre, 0'025% de azufre y 0'018% de

fósforo.

Aceros al cromo <5%: 0'05-0'25% de carbono, 0'5% de

manganeso, 0'5% de silicio, 4-6% de cromo. Pueden llevar

aluminio, cobre y wolframio.

INOXIDABLES: Resisten tanto la corrosión atmosférica como la

causada por ácidos y por alcalis y la oxidación a no muy

altas temperaturas. El elemento fundamental es el cromo

(hasta el 24%).

Martensíticos: Admiten el temple. 13-17% de cromo, 0-2% de

níquel, 0'08-1'2% de carbono. Necesitan un revenido

posterior. Resisten la corrosión de ácidos leves y la

oxidación hasta 700° C. Son magnéticos y los menos

resistentes a la corrosión. Son preferibles en lugares donde

se necesite una elevada dureza o resistencia.

Page 71: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Extrasuaves: 0'08% de carbono, 13% de cromo. Es el que

tiene mayor ductilidad. Se puede trabajar por embutición.

De cuchillería: 0'3% de carbono. Mayor dureza. 12-14% de

cromo. Es el más utilizado de los martensíticos. Tiene menos

alargamiento que el anterior.

Duros: 0'65-1% de carbono, 15-17% de cromo. A veces

llevan un 0'5% de molibdeno. Adquieren mucha dureza con el

temple.

Al cromo níquel: 1'5-3% de níquel, 12-16% de cromo.

Tienen gran resistencia al agua de mar. Resiste la corrosión

galvánica. Se utiliza en contacto con el bronce y el latón.

Para ejes, para componentes de barcos.

Ferríticos: Aquellos que mantienen la estructura ferrítica a

cualquier temperatura. Resisten mejor la corrosión que los

anteriores. No admiten el temple. Se pueden soldar bien pero

con cierta fragilidad la soldadura. Son magnéticos.

16% cromo 0'10% carbono: Gran resistencia a corrosión

atmosférica y al ácido nítrico. Para piezas decorativas en

construcción o para recipientes resistentes al ácido nítrico.

27% cromo 0'10% carbono: Es refractario (hasta 1000° C),

incluso en presencia del azufre. Los tratamientos mecánicos

pueden aumentar su resistencia.

Austeníticos: Mantiene la estructura austenítica a

temperatura ambiente no transformándose ni por enfriamiento

ni por calentamiento en otros constituyentes. Muy buena

soldadura. Son dúctiles, admiten bien la embutición (12-12).

Alargamiento del 40 al 60% y puede llevar porcentaje de otros

componentes como molibdeno, silicio.

Page 72: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Van a ser aceros al cromo niquel. Aproximadamente el 60% de

los aceros inoxidables van a ser del tipo austenítico.

18-8: Es el más utilizado. En función del porcentaje de

carbono hay distintos tipos: el del 0'08% es para trabajos

normales, soldados y temperaturas que no pasen de los 400° C.

El de 0'10% de carbono para temperaturas entre 500 y 600° C,

para elementos soldables. El de 2'5% de silicio aguanta

temperaturas hasta 900° C y se usa para hogares y parrillas.

25-12: Resiste bien a 1100° C, pero entre 500 y 650° C

es frágil.

25-20 y 20-25: Resisten a altas temperaturas y a los

gases sulfhídricos.

12-12: Es el más dúctil de todos y se utiliza para

trabajos de embutición.

Característica especial:

Corrosión intergranular: de 450 a 650° C, en los granos

se produce una corrosión entre su superficie, que se da

cuando las piezas han sido soldadas, y se agrietan debido a

la oxidación entre los granos, ya que a esa temperatura se

produce la formación de carburo de cobre donde se oxida el

cobre. Para evitarlo hay que dar un tratamiento que rebaje la

cantidad de carbono o utilizar aceros inoxidables aleados con

titanio o molibdeno, ya que el carbono tiene más preferencia

por ellos que por el cobre. También se puede calentar el

acero por encima de 1000° C, disolviéndose los carburos y

luego dejándolo enfriar al aire.

Aceros para válvulas de motores de explosión: Son

resistentes a temperaturas elevadas y a gases calientes que

Page 73: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

se obtienen de la combustión de la gasolina. Tienen buenas

resistencias mecánicas. El 9-11 con un 2'5% de silicio y un

1% de molibdeno.

Aceros para válvulas de motores de aviación. El 12-15

con un 1'8% de silicio y un 2-4% de wolframio.

Aceros refractarios (austeníticos): Disminuyen la

oxidación y la corrosión, y mecánicamente siguen siendo

eficaces (calderas, termos)

25-20, 20-25.

El ferrítico con el 27% de cromo.

18-8 con el 2'5% de molibdeno.

Aleaciones férricas para resistencias eléctricas con el

4% de aluminio y el 20-25% de cromo.

Acabados del acero inoxidable: Una de las ventajas es su

terminación. Van desde acabados mate, pasando por satinados,

esmerilados, abrillantados por espejo o huellas circulares.

Es un producto de alta calidad. Su utilización va dirigida a

la misión de que no se oxide y por su aspecto decorativo. Se

trabaja bien y se le pueden dar distintas formas, pero a la

hora de soldar, la costura que se realiza está muy

diferenciada.

Formas comerciales:

Bobinas, flejes.

Chapa de acero (laminada en frío de 0'3 a 5 mm. y la

laminada en caliente de 4 a 70 mm.)

Page 74: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Chapa perforada, acanalada, lagrimada.

Tela metálica.

Alambres de 0'04 a 7 mm. de diámetro.

Alambrón de 5'5 a 22 mm. de diámetro.

Barras y varillas, redondo de 12 a 400 mm., cuadrado de

8 a 120 mm., hexagonal, angular.

Tubos soldados: redondos, cuadrados y rectangulares.

Tubos sin soldadura, con una envolvente interior, para

fluidos de alta presión y temperatura.

Valvulería.

Elementos de decoración, mecanismos para puertas,

aparatos sanitarios, aparatos de cocina, tubos de

ventilación, chimeneas.

Carpintería metálica para puertas y ventanas.

Todo tipo de perfilería en muros cortina.

PROTECCIÓN DE LOS METALES

RECUBRIMIENTOS METÁLICOS:

ELECTROLISIS

INMERSIÓN

GALVANIZADO EN CALIENTE

ESTAÑADO

Page 75: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

METALIZACIÓN

CEMENTACIÓN

SHERARDIZACIÓN

CROMIZACIÓN

CALORIZACIÓN

SILICACIÓN

CHAPADO

RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS:

FOSFATACIÓN

OXIDACIÓN SUPERFICIAL

POR CALENTAMIENTO

OXIDACIÓN ANÓDICA (ANODIZACIÓN)

OXIDACIÓN QUÍMICA

OTROS

INHIBIDORES

PASIVADORES

METALES AUTO PROTECTORES

La protección que pretendemos es frente a la corrosión y a la

oxidación atmosférica.

Page 76: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Factores a tener en cuenta:

Clase y estado del metal.

Medio en el que se va a encontrar.

Condiciones más desfavorables del medio en cuanto a

presión, temperatura...

Contacto que existe entre el medio y el material.

Forma y acabado de la pieza.

La protección consiste en eliminar el contacto directo entre

el medio agresor y el metal.

Antes del tratamiento hay que preparar las piezas. Las fases

de preparación son:

Pulido de la superficie.

Desengrasado, con algún tipo de disolventes o incluso

sumergiendo las piezas en soluciones cáusticas.

Decapado, es decir, eliminación de óxidos e hidróxidos.

Puede realizarse un decapado químico a base de ácidos

fuertes, o un decapado mecánico, produciendo erosiones en la

superficie del metal, mediante chorro de arena, de

granalla...

Lavado para eliminar los restos de ácidos.

RECUBRIMIENTOS METÁLICOS: Revestimiento con una capa de metal

autoprotector lo más compacta y adherente posible. El metal

protector va en función del metal protegido, del espesor de

la lámina de protección y del coste.

Page 77: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Electrolisis: Consiste en colocar en el ánodo el metal

protector, en el cátodo las piezas a proteger y como

electrolito una solución salina del metal que se vaya a

depositar, pudiendo llevar otros elementos.

El níquel y el cromo son los principales metales protectores.

Se pueden combinar para conseguir una mejor protección. Se

consiguen láminas de protección de 0'001 a 0'01 mm.

Por inmersión: Baños donde está el material protector

fundido y se introduce el metal a proteger.

Galvanización en caliente: Consiste en proteger el acero

con una capa de cinc. El acero es catódico respecto del cinc,

es decir, que éste se va a oxidar primero en presencia del

oxígeno.

Se calienta una cuba alrededor de los 400-500° C. En ella se

sumerge la pieza, habiéndo sufrido anteriormente todas las

fases de preparación. Se van formando capas de aleación

hierro-cinc, con un sellado final de capa de cinc. La forma

de medir el recubrimiento es por peso de cinc depositado por

metro cuadrado. Se consiguen capas de 300-1200 gr./m2.

Las piezas deben estar ya cortadas, con huecos para

tornillos...

No se deben utilizar tuberías galvanizadas con agua caliente.

Es mejor que cualquier otra protección en atmósferas salinas

y en atmósferas industriales.

En algunos casos, para piezas de poco espesor y mucha

longitud pueden producirse deformaciones.

Page 78: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El coste de pintura sobre galvanizado es bastante elevado, ya

que necesita una pintura especial.

Estañado: Se sumergen las piezas en un baño de estaño

fundido. Se utiliza para obtener hojalata. Se consiguen

espesores de unos 0'05 mm. El único inconveniente es que el

estaño es catódico respecto al acero.

Metalización: Consiste en la proyección por medio de

pistola de metal fundido con un soplete.

Recubre el material soldándose unas gotas con otras y

quedando una capa contínua. Se utiliza la alúmina, el cinc,

el plomo, el acero inoxidable. Tiene la ventaja de que se

puede aplicar a pie de obra. Se consiguen espesores de 0'15-

0'30 mm.

Es un complemento para las zonas soldadas de las estructuras

galvanizadas.

Cementación:

Sherardización: Se emplean aleaciones de cinc. Se

recubre el objeto con polvo de cinc y con naftaleno en unas

cajas refractarias, y se calienta a 360° C. Se forma una

primera capa de aleación de hierro y cinc, y una terminación

de cinc puro. Sólo se utiliza para piezas pequeñas.

Cromización: Se trata de dotar a la superficie de la

pieza con un 10-20% de cromo. En unas cajas refractarias se

empaqueta el objeto a proteger con una mezcla de cromo y

alúmina pulverizados. Se calienta a 1350° C en una atmósfera

exenta de oxígeno. Se obtiene una película de 0'1-0'15 mm. De

espesor. Es un proceso caro y se utiliza para turbinas, para

Page 79: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ejes y para elementos que vayan a estar en contacto con ácido

nítrico.

Calorización o aluminación: Se trata de proteger el

acero con una capa de aluminio. En hornos giratorios se

introducen las piezas con polvo de aluminio, alúmina y

cloruro de amonio. Se calienta a 850° C. En una hora se

consiguen espesores de 1 mm.

Silicación: Consiste en dotar a la superficie de una

aleación hierro silicio con un 20% de silicio. Se introducen

las piezas empaquetadas con carburo de silicio en el horno y

se calientan a 900-1000° C.

Se obtienen piezas con gran resistencia a los ácidos fuertes

y al desgaste. Se utiliza para ejes de bombas de agua.

Chapado: Consiste en superponer láminas del metal

protector mediante un laminado conjunto. Por presión de los

laminadores se adhiere al metal. Puede ser por una o por las

dos caras. Se emplean el cobre, latón, níquel, aleaciones de

cobre y níquel y el acero inoxidable.

Produce elementos con un núcleo resistente y con gran

resistencia a la corrosión. También se utiliza con aspectos

decorativos.

RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS: Son tratamientos superficiales

con elementos no metálicos.

Fosfatación: Se sumergen las piezas en disoluciones de

fosfatos de manganeso o de cinc a 80-100° C. A veces es

necesario sellar la película de protección con un barniz.

Page 80: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Oxidación superficial: Consiste en formar una capa de

óxido resistente y adherente al soporte.

Oxidación por calentamiento: Se suele emplear para el

acero. Es un tratamiento combinado de baño con sales a 450°

C. Se produce un óxido férrico que para que sea estable hay

que protegerlo con aceite de linaza hirviendo. Después se

deja enfriar.

Anodizado: Es un procedimiento casi exclusivamente para

el aluminio. Éste reacciona rápidamente con el oxígeno y

forma una capa de óxido de aluminio que protege a éste de la

oxidación. Es una capa del mismo color del aluminio. Pero

esta capa no es suficientemente resistente. Por ello, el

anodizado consiste en forzar esta oxidación.

El anodizado es un tratamiento electrolítico para reforzar la

capa de oxidación. Como ánodo se coloca el aluminio. La cuba

actúa como cátodo. El baño suele ser de ácido sulfúrico. El

oxígeno va al ánodo y oxida la superficie del aluminio. Se

forma así una capa de 2 a 20 micras de espesor.

Para colorear esta capa se pasa a otro baño con colorante de

tal forma que penetre el color en los poros, que aún no están

cerrados.

Si no se ha dado la capa de color, se mete en un baño de agua

hirviendo, que produce una dilatación de las partículas y se

cierran los poros.

Así se consigue una capa compacta, adherente, transparente y

con muy buena resistencia a la corrosión, sobre todo a la

atmosférica.

Page 81: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Oxidación química: Consiste en introducir el metal en

una solución acuosa de un elemento que forme al reaccionar

con el metal una película de óxido. Da peores resultados que

el anodizado.

Esmaltado: Suele ser un borosilicato de calcio, plomo y

potasio. Se forma una papilla con la que se impregna la

superficie a esmaltar, que ya ha pasado por todas las fases

de preparación. Se mete en un horno, donde funde el esmalte

produciéndose una capa vidriada.

Se utiliza para recipientes en la industria química y para

decoración. Es frágil ante golpes.

Recubrimientos de pinturas: Antes deben haber tenido una

imprimación, que evita la oxidación. Los más utilizados son

el minio de plomo y el cromato de cinc. Actúan como

pasivadores. Hacen de ánodo respecto del hierro. Estas

pinturas no son resistentes a los agentes atmosféricos. Se

debe dar por tanto una pintura de terminación y de

durabilidad (al aceite, plástica, al clorocaucho, epoxi (que

no necesita minio), al alquitrán...).

OTROS RECUBRIMIENTOS:

Inhibidores: Son sustancias que se añaden en

proporciones pequeñas en un medio corrosivo para detener o

para disminuir la velocidad de corrosión, formándo un

compuesto protector. Pueden ser:

Anódicas: Carbonatos y bicarbonatos sódicos.

Catódicas: Sulfatos de magnesio o de níquel.

Page 82: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

De absorción: Sustancias que son absorbidas por el

metal.

Pasivadores: Son sustancias que se ponen en contacto con

el metal para evitar la continuidad de la corrosión. Se

emplean el ácido nítrico concentrado, el minio de plomo...

Metales autoprotectores: Es la forma ideal de evitar la

oxidación. Normalmente se emplean aleaciones que sean

autoprotectoras, como el acero inoxidable. Es un

procedimiento caro.

METALES NO FÉRRICOS

ALUMINIO: Es una de los principales componentes de la corteza

terrestre, (8'13%). Está en las arcillas, en las pizarras...

Se utiliza casi exclusivamente la bauxita, con un 65% de

alumina, un 18% de óxido de hierro y un 10% de agua.

Su utilización está limitada por el precio.

OBTENCIÓN: Se realiza en dos fases:

Trata de separar la alúmina del resto de componentes. Se

muelen las bauxitas y se calientan para así deshidratarlas.

Se tratan en caliente con sosa, produciendose óxido de sodio

y alúmina. Se hidrata la alúmina quedando preparada para la

siguiente fase.

Consiste en disociarla por medio de electrolisis.

PROPIEDADES FÍSICAS:

Color: Blanco brillante.

Cristaliza en la red cúbica.

Page 83: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Peso específico: 2'7.

Es buen conductor de la electricidad.

Punto de fusión: 660° C. (relativamente bajo).

Punto de ebullición: 2450° C.

Es dúctil y muy maleable.

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Tiene gran afinidad por el oxígeno, por lo que se

utiliza como desoxidante o inhibidor en los baños de acero.

Resiste bien la acción del vapor de agua y del ácido

nítrico concentrado.

Es atacado por el ácido sulfúrico, por el ácido

clorhídrico, por el ácido nítrico diluido y por soluciones

salinas.

APLICACIONES:

Debido a su bajo peso, a sus características mecánicas y

a su gran facilidad de aleación se utiliza para fabricar

estructuras ligeras para coches.

Por su buena conductividad eléctrica y su ductibilidad

se utiliza como conductor.

Debido a su conductividad calorífica y a ser inalterable

a altas temperaturas, se emplea en la fabricación de

utensilios industriales y de cocina.

Por su maleabilidad se emplea en planchas y chapas para

edificación. También para el papel de aluminio.

Page 84: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Por su resistencia a la corrosión, en depósitos de

líquidos.

Por ser dúctil y maleable en perfiles longitudinales

para carpintería metálica.

Reducido a polvo, y por sus propiedades anticorrosivas,

se emplea en la fabricación de pinturas de protección contra

la corrosión atmosférica.

ALEACIONES DEL ALUMINIO:

Con el cobre (máximo 15%) se aumentan las

características mecánicas sin variar ni el peso ni la

trabajabilidad.

Con el silicio (5-20%) aumenta la dureza y mejora la

fluidez y la ductibilidad, mientras que disminuye el

coeficiente de dilatación.

Cinc: Resultan parecidas a las aleaciones con cobre,

pero algo peores. Aumenta algo el peso, pero son más baratas

que las aleaciones con cobre.

Magnesio: Suele tener una combinación de los anteriores.

Manganeso: Aumenta la dureza, las resistencias mecánicas

y a la corrosión.

Duraluminio: 94% de aluminio, 4% de cobre, 0'5% de

magnesio, 0'5% de manganeso. Se puede templar y no aumenta de

inmediato la dureza, sino después de unos días, proceso

llamado maduración.

FORMAS COMERCIALES:

Page 85: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Perfiles laminados (de carpintería) en T, en doble T, en

U, en angular de lados iguales y de lados desiguales, en Z y

también perfiles especiales.

Formas universales: Redondo, cuadrado, rectangular,

hexagonal...

Chapas: Lisas, onduladas, en forma de tejas.

Perfiles huecos con distintas secciones.

Piezas de moldeo.

COBRE: Es un material bastante abundante. Se encuentra

combinado, aunque también se puede encontrar en estado puro.

En forma de sulfuro: calcopirita SCu2S3Fe, calcosina SCu2. En

forma de óxido: cuprita OCu. En forma de carbonatos:

malaquita CO3Cu(HO)2.

OBTENCIÓN: En tres fases.

1. Tostación: Calentamiento sin oxígeno donde se desprenden

las impurezas. Se producen óxidos de cobre.

1. Fusión: En hornos de cuba.

1. Afino: Por electrolisis. Se eliminan las impurezas.

PROPIEDADES MECÁNICAS: Es muy dúctil y maleable. Se puede

deformar hasta un 50% por tracción antes de romperse. Por

laminación en frío coge acritud, y para continuar el proceso

se le debe someter a un recocido. Al realizar cortes en el se

embota, pegándose a los eklementos de corte.

PROPIEDADES FÍSICAS:

Es rojo oscuro, con aspecto decorativo.

Page 86: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Peso específico: 8'96. Bastante pesado.

Funde a 1083° C.

Temperatura de ebullición: 2595° C.

Es un buen metal para moldeo.

Es el mejor conductor después de la plata.

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Es un agente fundamental contra la corrosión

atmosférica.

Se utiliza en bastantes aleaciones para evitar la

corrosión.

El agua pura no actúa frente al cobre, por lo que se

utiliza en la fabricación de calderas.

En el exterior, adquiere un aspecto verdoso, debido a la

película de sulfato de cobre básico que se forma (de 0'5 a 1

mm.). Esta capa lo protege.

Forma aleaciones fácilmente con el aluminio, el hierro,

el cinc, el estañó, el oro, la plata y el níquel.

Se puede soldar.

Se puede unir en caliente por forja.

Le atacan las sales amoniacales y el anhídrido

carbónico.

APLICACIONES:

Page 87: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Por su conductividad se emplea como conductor eléctrico.

Por su conductividad calorífica se utiliza en

serpentines de refrigeración, calderas de locomotoras, hornos

y en todo tipo de tuberías de calefacción.

Debido a su resistencia a la corrosión, se utiliza en la

fabricación de tuberías que van a estar en contacto con

líquidos de industrias químicas, en recipientes y en

revestimiento electrolítico de otros metales.

Se utiliza aleado con el cinc: latones.

Aleado con el estaño: bronce.

LATONES: Tienen hasta un 50% de cinc, aumentando con este

porcentaje las resistencias mecánicas.

Ordinarios:

Para forja:

Latones rojos:

Metal de dorar.

Bronce comercial.

Semirojos.

Bajos.

Latones amarillos:

Muelles.

Cartuchería.

Page 88: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Altos.

Metal Munt.

Para fundir.

Especiales:

Aluminio.

Hierro.

Plomo.

Manganeso.

Estaño.

Silicio.

El latón es una aleación de cobre y cinc. Mantiene las

propiedades del cobre, siendo más económico. Aumenta la

fusibilidad y la trabajabilidad. Facilita el moldeo y aumenta

algo las resistencias mecánicas.

Si predomina el cinc es de color gris oscuro hasta blanco

plateado.

Si predomina el cobre va del amarillo rojizo al rojo.

Es menos resistente a la corrosión atmosférica, pero

suficiente. Resiste las aguas de mar, la acción del ácido

sulfúrico y del ácido clorhídrico.

Aumenta su resistencia con los tratamientos mecánicos en

frío.

Page 89: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ORDINARIOS: La aleación es sólo de cobre y cinc, sin ningún

elemento más.

De fundir: Son latones que se obtienen para piezas

moldeadas. Se les suele añadir otro elemento.

Para forja:

Rojos:

Metal de dorar: El porcentaje de cinc llega al 5%. Se

utiliza en joyería por su parecido al oro.

Bronce comercial: Tiene un 10% de cinc. También se

utiliza en joyería y decoración.

Semirrojo: Con el 15% de cinc. Se utiliza para

radiadores de automóviles.

Bajo: Con un 20% de cinc. Se utiliza para tubos

flexibles.

Amarillos:

De muelles: Con un 25% de cinc. Para muelles y resortes.

Cartuchería: Con el 30% de cinc. Es el más dúctil de los

latones. Se utiliza para embutición y estampado. Se emplea

para vainas de cartuchos.

Altos: Con el 35% de cinc. Para agujas.

Tratamientos para latones ordinarios:

Mecánicos: Laminados en frío aumentan su resistencia. También

admiten el recocido, el temple y el revenido.

Page 90: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ESPECIALES: Además del cobre y el cinc, aparece el níquel, el

aluminio, el plomo, el silicio, el estaño, etc...

Se trata de sustituir al bronce (cobre y estaño), que es más

caro que el latón.

Al aluminio: Éste aumenta la resistencia mecánica y a la

corrosión.

Al hierro: Se utiliza en latones con bajas proporciones

de cobre (alrededor del 1% de hierro). Aumenta la dureza y la

resistecia a tracción en menor medida.

Al plomo: Al ser insoluble en los latones, el plomo está

en froma de pequeñas cápsulas. Mejora la maquinabilidad y

baja algo la resistencia. (Más o menos el 2% de plomo).

Al manganeso: Se utiliza para un producto llamado

mangalcapa (alpaca). El manganeso (hasta un 5%) da un color

brillante, se puede pulimentar y es bastante decorativo.

Al estaño: Aumenta la resistencia a tracción y a la

corrosión. Se emplea para tubos de condensadores.

Al silicio: Con un 1'5% de silicio. Para la fabricación

de válvulas, bombas, engranajes. Aumenta la resistencia a

tracción y la fluidez del baño de fusión. También aumenta la

resistencia a la corrosión.

Aplicaciones:

Por la brillantez y buen color se utiliza en joyería para

imitación de oro.

Por su ductilidad, sobre todo los latones amarillos, se

utilizan para piezas de embutición y cartuchos.

Page 91: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Por la resistencia a corrosión, sobre todo al estaño y al

silicio, se emplean para maquinaria marina.

Por ser más baratos, se utilizan en sustitución del bronce.

BRONCE: Es una aleación de cobre y estaño.

La influencia del estaño es más fuerte que la del cinc. Tiene

un peso específico de 7'2-8'9. Cuanto más estaño tiene, más

ligero es.

El color varía desde blanco brillante hasta rojo pálido.

La conductividad eléctrica disminuye con el aumento del

porcentaje de estaño.

PROPIEDADES MECÁNICAS: Mejoran hasta un porcentaje

aproximadamente del 12% de estaño. A partir de ahí decrecen.

La resistencia a la corrosión aumenta en función del estaño.

A la oxidación tiene el mismo comportamiento que el cobre.

Resiste todo tipo de aguas, aunque la de mar menos que los

latones. También resiste el ácido sulfúrico, el nítrico y los

ácidos orgánicos.

Color:

Con un 1% de estaño van de rojizo pálido a rosa.

Con un 14% de estaño son amarillos.

Con un 30% de estaño son blancos.

CLASES:

Page 92: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Bronces ordinarios: Son aquellos compuestos sólo por

cobre y estaño. Los porcentajes varían y en función de ellos

las características mecánicas. A mayor porcentaje de estaño

(5-16%), aumenta la resistencia a tracción, el límite

elástico y la dureza, y disminuye el alargamiento (sobre todo

a partir del 9%).

Bronce:

Bronce de medallas: Con un 5-8% de estaño. Tiene muy

buenas cualidades de moldeo. Es resistente a la corrosión.

Bronce de cañones: Con un 8-12% de estaño. Para la

fabricación de cañones. Tiene buena resistencia a la

corrosión y mejores características mecánicas que el

anterior.

Bronce fosforoso: Aparece el fósforo en proporciones muy

pequeñas (0'03-`025%). Se consigue mayor fluidez para el

moldeo, piezas más compactas, de más alta calidad que las

anteriores.

Bronce rojo: Con un 5-15% de estaño y pequeñas

cantidades de cinc (2-5%) y plomo (1-2'5%). Estos componentes

aportan mayor fusibilidad, es más fácil su mecanización. Para

piezas fabricadas en serie. Se producen piezas con menos

poros que las anteriores. Son algo más baratos que los

fosforosos.

TRATAMIENTOS MECÁNICOS PARA LOS BRONCES ORDINARIOS: Admiten

la laminación, el trefilado y la forja. Si son en frío

aumentan la dureza aunque luego se deben recocer para mejorar

la acritud. Admiten el recocido, el temple y el revenido.

APLICACIONES:

Page 93: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Por sus buenas cualidades frente al rozamiento, se

emplea para cojinetes.

Por su moldeabilidad y resistencia a la corrosión en

elementos de fontanería e industriales.

Por su belleza en medallas, monedas, estatuas y adornos.

Por su buena sonoridad en campanas.

Bronces especiales: No son bronces, sino aleaciones de

cobre con otro elemento.

Al aluminio: Con aluminio hasta un 12%. Se les llama

cuproaluminio. Los hay complejos (con más componentes: plomo,

hierro, níquel). Dan productos muy diversos. En general se

utilizan para monedas, contadores de agua y de gas, ejes de

bombas, turbinas, hélices.

Al manganeso: Fundamentalmente, el manganeso cambia el

color del cobre. Lo hace blanco en un 12% y marrón oscuro en

un 30%. Se utiliza para resistencias eléctricas. También

existen bronces al manganeso complejos.

Al níquel: Con un 10-67% de níquel. Aumenta la

resistencia a tracción y la dureza, pero disminuye el

alargamiento. La alpaca es el más famoso, siendo complejo

(60-65% de cobre, 12-22% de níquel, 18-23% de cinc). Hay una

gran variedad. Es blanco, más cuanto más níquel tiene. Funde

a 950° C. Su peso específico es 8'3-9'7. Tiene buena

resistencia a tracción y dureza. También es conocido como

plata alemana. Se utiliza para cuchillería, relojería e

instrumentos de música.

Page 94: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Al plomo: Con el 40% de plomo. Pueden aparecer estaño,

níquel y cinc en pequeñas cantidades. Aumenta el

alargamiento. Se utiliza para piezas sometidas a choques:

Cojinetes para motores diesel, laminadores.

Bronce conductor: Es una aleación de cobre y magnesio,

cadmio y estaño en proporciones menores al 1%. Se utilizan

como conductores de la corriente eléctrica de baja densidad.

Son menos conductores pero más resistentes. Para hilos de

teléfono, de antena. Aguantan su propio peso.

ESTAÑO: Se obtiene de la casiterita SnO2 (78'6%) y de la

estagnina S4SnFeCu2 (27'6%).

SnO2 + C __! CO2 + Sn

En estado puro casi no se encuentra. Se obtiene por reducción

de carbono en hornos de reverbero. Se desprende el CO2 y

queda el estaño.

Peso: 7'3 Kg/dm3.

Fusión: 232° C.

Evaporación: 2270° C.

A temperatura superior a 18° C es de color blanco.

Por debajo de esa temperatura toma tonalidades grises.

A -50° C se reduce a polvo.

Es muy maleable (mejor a 100° C).

Se obtienen laminas de 0'0025 mm.

Page 95: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Tiene poca ductilidad.

Es blando, de dureza Brinell 12.

Se puede tornear, pero embota las limas.

Al doblar una barra suena el grito de estaño.

Se utiliza para la hojalata, para bronces, como componente de

aleaciones antifricción, para recubrir la parte interior de

tubos y para soldaduras blandas (50% de estaño y 50% de

plomo).

ZINC: Se obtiene de:

Calamina: CO3Zn.

Blenda: SZn.

CO3Zn __! ZnO + CO2

SZn + O2 __! ZnO + SO2

OZn + C __! Zn + CO

No se encuentra en estado puro. Se puede obtener por vía

húmeda o por vía seca. Una vez en óxido, se reduce por el

carbono. Suele tener impurezas y hay que someterle a un

afino.

Es blanco brillante hacia gris.

A temperatura normal es quebradizo.

A temperatura de 100-150° C es maleable.

Page 96: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

A más de 200° C es quebradizo.

Es poco resistente (3 Kg/mm2 a tracción).

Es blando, con una dureza Brinell de 30-35.

Adquiere mayor resistencia por la laminación.

UTILIZACIÓN:

Por su resistencia a aguas potables y a la corrosión

atmosférica se utiliza en planchas de cubiertas, para

canalones, depósitos de agua, para revestir maderas. Se debe

renovar con el tiempo y mejora aleándolo con aluminio o con

plomo.

El zilloy es una aleación de cinc con 0'75-1'25% de

cobre. Aumentan así la resistencia y el alargamiento. No es

quebradizo y se utiliza para planchas para cubiertas

corrugadas.

Por su bajo punto de fusión y su buena fluidez se

utiliza para piezas de moldeo.

Con el 87% de cinc, el 4-10% de cobre y el resto de

aluminio aumenta la resistencia y se utiliza para cojinetes

para apoyo de ejes que no tengan que soportar esfuerzos.

También se utiliza como elemento de aleación: Como

tratamiento anticorrosivo para el acero (galvanización,

sherardización) y para pinturas protectoras.

PLOMO: Se obtiene de:

Cerusita: CO3Pb.

Page 97: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Anglesita: SO4Pb.

Galena: SPb.

PbO + C __! Pb + CO2

SPb + Fe __! Pb + SFe

SO4Pb + SPb __! 2Pb + 2SO2

PbO + Fe __! Pb + OFe

No se encuentra en estado nativo. Después de su obtención

sigue teniedo impurezas y hay que eliminarlas mediante el

afino.

Peso específico: 11'3. Es muy pesado.

Es de color blanco brillante.

Es blando.

Tiene muy pocas resistencias (2 Kg/mm2 a tracción).

Es muy dúctil.

Funde a 327° C.

Resiste las aguas potables.

Resiste el ácido sulfúrico.

Le atacan las aguas muy puras, las aguas destiladas, el ácido

nítrico, el ácido cítrico y los alcalis.

Se puede extrusionar y trefilar obteniendo láminas e hilos.

Page 98: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Se utiliza aleado con otros metales

Con el tiempo envejece.

UTILIZACIONES:

Para fontanería.

En forma de planchas para revestimientos de depósitos de

agua potable o de ácido sulfúrico, para placas de asiento.

Para baberos de plomo (encuentros en cubierta).

En forma de tubos para suministro de ácido sulfúrico.

Como alambre para fusibles.

También se utiliza como pigmento. El albayalde es un

pigmento blanco (carbonato de plomo).

Como componente del minio de plomo.

Con el arsenico como insecticida.

Los silicatos de plomo como esmalte y para vidrios al

plomo.

Con el estaño para soldaduras blandas.

Con el 0'9% de arsenico para perdigones.

Aleado con metales antifricción.

Con el 5-25% de antimonio aumenta su dureza y con el

tiempo la resistencia.

INTRODUCCIÓN

Page 99: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Por medio de éste trabajo de investigación se pretende cubrir

uno de los puntos del programa del curso de Metalurgia y

Metalografía, el cual es el desarrollo del diagrama Hierro-

Carbono.

El diagrama de hierro-carbono experimenta muchas fases como

son la austenita, cementita, ferrita, perlita, bainita,

martensita, entre otras.

Estas fases pasan por muchos cambios debido a la temperatura

y algunos procesos como son el temple y el revenido, los

cuales nos ayudaran a aumentar las propiedades mecánicas de

los materiales utilizados tales como la tenacidad, dureza,

entre otras.

En este trabajo nos enfocamos a analizar las propiedades

físicas y químicas que estos presentan, con el fin de

aprender a diferenciar cada una de ellas, teniendo en cuenta

algunos factores, como los intervalos de temperatura en donde

se forman cada uno de estos productos superponiéndolos en un

diagrama de fase.

OBJETIVOS

Conocer las etapas de un material expuesto a diferentes

temperaturas.

Analizar las propiedades de los materiales después de

ser sometidos a tratamientos térmicos.

Identificar las propiedades físicas y químicas que se

pueden dar en las diferentes fases del material para así a

aprovecharlas en la fabricación de piezas.

Page 100: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Aplicar los conocimientos físicos y químicos

fundamentales sobre la fabricación del acero a fin de lograr

una operación eficiente y un producto de calidad.

Analizar los conceptos relacionados con la

solidificación del Acero para aplicarlos en la obtención de

un producto semielaborado de alta calidad.

DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONO

Cuando el acero con constitución austenica, se enfría

lentamente, la austenita se transforma en distintos

productos; así por ejemplo, si el acero es hipoeutectoide la

austenita sé transforma inicialmente en ferrita hasta la

temperatura eutectoide, a la cual la austenita remanente se

transforma en perlita. La micro estructura final será perlita

y ferrita proeutectoide en una proporción que depende de la

composición y la velocidad de enfriamiento.

Si el acero es de composición eutectoide, la austenita se

transforma completamente en perlita; si la composición

hipereutectoide se obtiene cementita proeutectoide y perlita

como producto de la transformación. Cuando la velocidad de

enfriamiento aumenta, la morfología de la ferrita y la

cementita proeutectoide cambia y la perlita se hace más fina.

A una velocidad elevada, los anteriores constituyentes

desaparecen súbitamente a una velocidad de enfriamiento

critico, y aparece una estructura nueva más dura que es la

martensita.

Estos productos, obtenidos por enfriamiento rápido, son meta

estables desde un punto de vista termodinámico de gran

utilidad para la ingeniería debido a sus propiedades.

Page 101: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Austenita: Es una solución sólida de carbono o carburo de

hierro en hierro gamma. Puede contener desde 0 - 1.7% de

carbono y es, por lo tanto, un constituyente de composición

variable. Todos los aceros se encuentran formados por

cristales de austenita cuando se calienta a temperatura

superior a las criticas. Aunque generalmente es un

constituyente inestable, se puede obtener esa estructura a la

temperatura ambiente por enfriamiento rápido de aceros de

alto contenido en carbono de muy alta aleación.

Su resistencia es de 88 - 105 Kg/ml aprox. Su dureza de 300

Brinell y su alargamiento de 30 a 60%. Es poco magnética,

blanda, muy dúctil y tenaz. Tiene gran resistencia al

desgaste, siendo el constituyente más denso de los aceros. En

los aceros austeniticos de alta aleación se presenta formando

cristales poliédricos parecidos a los de la ferrita, pero se

diferencia de estos por ser sus contornos más rectilíneos y

ángulos vivos.

Ferrita: La ferrita es hierro alfa ósea hierro casi puro que

puede contener en solución pequeñas cantidades de silicio,

fósforo y otras impurezas.

Tiene aproximadamente una resistencia de 28 kg/ml , 35% de

alargamiento y una dureza de 90 unidades de brinell. Es él

mas blando de todos los constituyentes del acero, muy dúctil

y maleable. Magnética y de pequeñas fuerza coercitiva.

En los aceros pueden aparecer bajo fuerzas muy diversas:

1. Como elementos proeutectoide que acompaña a la perlita.

Page 102: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

2. También aparece como elemento eutectoide de la perlita,

formando laminas paralelas, separadas por otras laminas de

cementita.

3. En la estructura globular propia de los aceros al carbono de

herramientas de 0.9 a 1.4% recocido a temperatura próxima de

701°.

4. Los aceros hipoeutectoides templados pueden estar mezclados con

martensita o con cualquier elemento de transición.

Cristaliza con estructura BCC y disuelve máximo de 1.0218% de

carbono a 727°C , es blando y dúctil.

Cementita: Cementita o también llamada carburo de hierro CFe

contiene el 6.67% de carbono y el 93.33% de hierro es el

constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono, su

dureza es superior a los 68 rockwell-c.

Por su gran dureza queda en relieve después del pulido

pudiendo conocerse perfectamente el contorno de los granos o

de las laminas.

Es magnética a la temperatura ordinaria pero pierde esta

propiedad a 218°.

Después de examinar microscópicamente podemos deducir:

- Al formar parte de la perlita se llama cementita perlitica

o eutectoide tomando forma de laminas paralelas separadas.

- Como cementita globular se presenta en forma de pequeños

glóbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita.

Page 103: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Cristaliza con estructura ortorrumbica con parámetros 4.5 x

6.7 Å. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros al

carbono.

Perlita: Esta se clasifica en: perlita gruesa y perlita fina,

las propiedades de estas son:

- En la perlita gruesa tiene una separación entre las laminas

de unas 400 mm y una dureza de 200 Brinell, que se obtiene

por enfriamiento muy lento dentro del horno. Para observar

esta estructura es necesario utilizar unos 500 aumentos.

- En la perlita fina, se obtiene cuando se enfría dentro del

horno bastante rápidamente o cuando se deja enfriar el acero

al aire, tiene 250 mm y 300 Brinell de dureza.

Bainita: Se diferencian dos tipos de estructuras. La bainita

superior de aspecto arborescente, formada a 500°-550°, que

difieren bastante de la bainita inferior, formada a mas baja

temperatura 250°-400°, que tiene un aspecto acicular bastante

parecido a la martensita. La Bainita superior esta formada

por una matriz ferritica conteniendo carburos. Las placas

discontinuas de los carburos tienden a tener una orientación

paralela a la dirección de las agujas de la propia bainita.

La bainita inferior esta constituida por agujas alargadas de

ferrita que contienen delgadas placas de carburos. Estas

pequeñas placas son paralelas entre si y su dirección forma

un ángulo de 60° con el eje de las agujas de ferrita. Su

morfología cambia progresivamente con la temperatura de

transformación en el sentido de que el tamaño de las

partículas y la acicularidad de la estructura aumenta al

disminuir la temperatura.

Page 104: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Martensita: Es el constituyente típico de los aceros

templados. Se admite que esta formado por una solución sólida

sobre saturada de carbono o carbono de hierro en hierro alfa,

y que se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde

altas temperaturas.

Sus propiedades químicas varían con su composición,

aumentando su dureza, resistencia y fragilidad con el

contenido en carbono, hasta un máximo de 0,09%

aproximadamente.

Tiene una resistencia de 170 a 250 kg./mm, una dureza de 50 a

68 rockwell-c y un alargamiento de 2.5 a 95%. Es magnética.

Su estructura varia de BCC a tetragonal de cuerpo centrado.

Cuando se forma ni si quiera los átomos de carbono se pueden

difundir quedando atrapados en los intersticios octaedrales y

creando una ferrita supersaturada, con una estructura

cristalina tetragonal de un cuerpo centrado, que es la

martensita fresca o blanca.

Cuando el temple se hace a la temperatura correcta, en

general se obtienen estructuras de martensita muy fina, de

aspecto difuso, que suelen exigir 1000 o más aumento para su

visualización. A la retícula tetragonal obtenida en le temple

se le llama martensita alfa.

DEFINICIÓN DE ACERO

Acero es una aleación de hierro carbono, con un contenido de

carbono inferior al 2.11%, que contiene elementos de

aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas

específicas para su utilización en la industria. Los

Page 105: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

productos férreos con más de 2.11% de carbono se denominan

Fundiciones de hierro.

- Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se

clasifican en:

Aceros hipoentectoides, si su porcentaje de carbono es

inferior al punto S(entectoide), o sea al 0,89%.

Aceros hiperentectoides, si su porcentaje de carbono es

superior al punto S.

- Desde el punto de vista de su composición, los aceros se

pueden clasificar en dos grandes grupos:

Aceros al carbono: formados principalmente por hierro y

carbono

Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos

en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades

(dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad,

resistencia a la corrosión).

- Con respecto a su composición, puede ser:

De baja o alta aleación y los elementos que puede contener el

acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma

de impurezas.

- Elementos que influyen en la resistencia a la corrosión.

El cromo favorece la resistencia a la corrosión; integra la

estructura del cristal metálico, atrae el oxigeno y hace que

el acero no se oxide.

Page 106: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El molibdeno y el volframio también favorecen la resistencia

ala oxidación.

- Clasificación según la aplicación de los metales

En la industria, cada fabricante designa los aceros que

produce con una denominación arbitraria, lo cual origina una

verdadera complicación a la hora de elegir un acero o de

establecer las equivalencias entre aceros de distintos

fabricantes. Para evitar este inconveniente, el instituto del

hierro y el acero adopta una clasificación que se ha incluido

en las normas UNE españolas. (también existen las normas AISI

de Estados Unidos)

El IHA clasifica los materiales metalúrgicos en 5 grandes

grupos:

F- Aleaciones férreas

L- Aleaciones ligeras

C- Aleaciones de cobre

V- Aleaciones varias

S- Productos sintetizados

Estos productos metalúrgicos se clasifican en series, grupos

y tipos.

Las series que corresponden a los aceros van desde la F-100

hasta la F-900

Page 107: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

La serie F-300 corresponde a los aceros resistentes a la

oxidación y a la corrosión, en particular la serie F-310

corresponde a los aceros inoxidables.

Los aceros se suministran en estado bruto de forja o

laminación.

TRATAMIENTOS EN LOS ACEROS

Son los procesos a los que se somete los metales y aleaciones

ya sea para modificar su estructura, cambiar la forma y

tamaño de sus granos o bien por transformación de sus

constituyentes.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades

mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a

las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta

manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia

mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para

facilitar su conformación.

Los tratamientos pueden ser mecánicos, térmicos o consistir

en la aportación de algún elemento a la superficie de la

pieza.

Tratamientos térmicos:

recocido, temple, revenido, normalizado

Tratamientos termoquímicos:

cementacion, nitruracion, cianurizacion, etc.

Tratamientos mecánicos:

Page 108: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Se somete al metal a propiedades de propiedades frío o

caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y además

darle formas determinadas.

Al deformar propiedades de un metal mediante martillado,

laminado, etc., sus granos son deformados alargándose en el

sentido de la propiedades. Lo mismo pasa con las impurezas y

defectos, se modifican las estructuras y las propiedades del

metal.

Tratamientos en frío:

Son los tratamientos realizados por debajo de la temperatura

de recristalizacion, pueden ser profundos o superficiales.

Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción.

Disminuye su plasticidad y tenacidad

Cambio en la estructura: deformación de granos y tensiones

originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud

(cuanto más deformación, mas dureza)

Se produce fragilidad en el sentido contrario a la

deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales

tensiones en las diferentes capas del metal)

Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no

importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en

la dirección de la deformación

Formación de Martensita en el Acero

El diagrama de fases hierro-carbono de la figura 1 indica las

fases de hierro y carburo de hierro (cementita) presentes

Page 109: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

bajo condiciones de equilibrio. Se asume que el enfriamiento

desde una temperatura alta ha sido lo suficientemente lento

para permitir que la austenita se descomponga en una mezcla

de ferrita y cementita (Fe3C) a temperatura ambiente.

Esta reacción de descomposición requiere de difusión y otros

procesos que dependen del tiempo y la temperatura para

transformar el metal en su forma final preferida. Sin

embargo, bajo condiciones de enfriamiento rápido que eviten

el equilibrio de la reacción, la austenita se transforma en

una fase de no equilibrio llamada martensita. La martensita

es una fase dura y frágil que da al acero su capacidad única

de endurecerse a valores muy altos.

Curva tiempo-temperatura-transformación

La naturaleza de la transformación a martensita puede

entenderse mejor usando la curva tiempo - temperatura -

transformación (curva TTT) para acero eutectoide ilustrada en

la figura. La curva muestra cómo la velocidad de enfriamiento

afecta la transformación de austenita en varias fases

posibles. Las fases se pueden dividir en 1) formas

alternativas de ferrita y cementita y 2) martensita.

Page 110: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Las fases se pueden dividir en 1) formas alternativas de

ferrita y cementita y 2) martensita. El tiempo se representa

(logarítmicamente por conveniencia) a lo largo del eje

horizontal, y la temperatura en el eje vertical. La curva se

interpreta partiendo del tiempo cero en la región austenita

(en un lugar arriba de la línea de temperatura A1 para una

composición dada) y contínua hacia abajo y a la derecha a lo

largo de una trayectoria que muestra cómo se enfría el metal

en función del tiempo. La curva TTT que muestra la figura es

para una composición específica de acero (0.80% de C). La

forma y posición de la curva es diferente para otras

composiciones.

A velocidades lentas de enfriamiento la trayectoria pasa a

través de la región, indicando una transformación a perlita o

bainita que son formas alternativas de mezclas ferrita-

carburo. Como estas transformaciones toman tiempo, el

diagrama TTT muestra dos líneas, el inicio y el fin de la

transformación conforme transcurre el tiempo, indicando las

diferentes regiones de fase por los subíndices s y f ,

respectivamente. La perlita es una mezcla de fases ferrita y

carburo en la forma de placas delgadas paralelas. Se obtiene

por enfriamiento lento de la austenita de manera que la

trayectoria de enfriamiento pase a través de Ps arriba de la

nariz de la curva TTT. La bainita es una mezcla alternativa

de las mismas fases, que puede producirse mediante un

Page 111: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

enfriamiento inicial rápido a una temperatura por encima de

Ms, de manera que se evite la nariz de la curva TTT; la

siguiente etapa es un enfriamiento mucho más lento para pasar

a través de Bs y dentro de la región ferrita-carburo. La

bainita tiene una estructura en forma de agujas o plumas que

consiste en finas regiones de carburo.

Si el enfriamiento ocurre a una velocidad suficientemente

rápida (indicada por la línea punteada en nuestro diagrama),

la austenita se transforma en martensita. La martensita es

una fase única que consiste en una solución hierro-carbono

cuya composición es igual a la de la austenita de la cual

deriva. La estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT)

de la martensita, sin que ocurra el proceso de difusión, el

cual está en función del tiempo y es necesario para separar

la ferrita y el carburo de hierro en las transformaciones

precedentes.

Durante el enfriamiento, la transformación de la martensita

empieza a cierta temperatura Ms y termina a una temperatura

más baja Mf, como se muestra en nuestro diagrama TTT. En los

puntos entre estos dos niveles, el acero es una mezcla de

austenita y martensita. Si se detiene el enfriamiento a una

temperatura entre las líneas Ms y Mf, la austenita se

transformará en bainita tan pronto como la trayectoria

tiempo-temperatura cruce el umbral de Bs.

El nivel de la línea Ms se deprime por debajo de la

temperatura ambiente, haciendo imposible para estos aceros la

formación de martensita mediante métodos de tratamiento

térmico tradicional.

Page 112: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

La dureza extrema de la martensita resulta de la deformación

reticular creada por los átomos de carbono atrapados en la

estructura BCT, que forman una barrera al deslizamiento. La

figura 3 muestra el efecto significativo que tiene la

martensita sobre la transformación de la dureza del acero, al

aumentar el contenido de carbono.

Procesos de tratamiento térmico

El tratamiento térmico para formar martensita consiste en dos

pasos: austenitización y temple. A estos pasos le sigue

frecuentemente un revenido para producir martensita revenida.

La austenitización implica calentamiento del acero a una

temperatura lo suficiente alta para convertirlo entera o

parcialmente en austenita. Esta temperatura puede

determinarse por medio del diagrama de fase para la

composición particular de la aleación. La transformación a

austenita implica un cambio de fase que requiere tiempo y

calentamiento; en consecuencia, se debe mantener el acero a

temperatura elevada por un periodo suficiente de tiempo para

permitir que se forme la nueva fase y alcance la homogeneidad

de composición requerida.

El templado implica que el enfriamiento de la austenita sea

lo suficientemente rápido para evitar el paso a través de la

Page 113: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

nariz de la curva TTT, como se indica en la trayectoria de

enfriamiento de la figura 2. La velocidad de enfriamiento

depende del medio de temple y la velocidad de transmisión de

calor dentro de la pieza de acero. Se usan varios medios de

temple en las operaciones comerciales de tratamiento térmico

que incluyen: 1) salmuera (agua salada) generalmente agitada,

2) agua fresca en reposo, 3) aceite en reposo y 4) aire. El

temple en salmuera agitada suministra el enfriamiento más

rápido de las superficies calentadas de la parte, mientras

que el temple al aire es el más lento. El problema es que

mientras más efectivo sea el medio de temple en el

enfriamiento, es más probable que cause esfuerzos internos,

distorsión y grietas en el producto.

La velocidad de transferencia de calor en el interior de la

pieza depende en gran medida de su masa y geometría. Una

forma cúbica grande se enfriará mucho más despacio que una

lámina delgada pequeña. El coeficiente de conductividad

térmica k de la composición particular es también un factor

en el flujo de calor dentro del metal. Hay una considerable

variación de k para diferentes grados de acero, por ejemplo,

el acero al bajo carbono tiene un valor típico de k igual a

2.2 Btu/hr-pulg-°F (0.046 J/seg-mm-°C), mientras que un acero

de alta aleación debe tener una tercera parte de este valor.

La martensita es dura y frágil. El revenido es un tratamiento

térmico que se aplica a los aceros endurecidos para reducir

su fragilidad, incrementar su ductibilidad y tenacidad y

aliviar los esfuerzos en la estructura de la martensita. El

tratamiento implica calentamiento y mantenimiento de ésta a

una temperatura por debajo de la eutectoide durante

aproximadamente una hora, seguido de un enfriamiento lento.

Page 114: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El resultado es la precipitación de partículas muy finas de

carburo de la solución martensítica hierro-carbono y la

transformación gradual de la estructura cristalina de BCT a

BCC. Esta nueva estructura se llama martensita revenida. Una

ligera reducción en resistencia y dureza producen una mejora

en ductibilidad y tenacidad. La temperatura y el tiempo del

tratamiento del revenido controlan el grado de suavización

del acero endurecido, ya que el cambio de martensita no

revenida a revenida implica difusión.

Los tres pasos del tratamiento térmico del acero para formar

martensita revenida pueden ser representados como se muestra

en la figura 4. Hay dos ciclos de calentamiento y

enfriamiento, el primero para producir martensita y el

segundo para revenirla.

Templabilidad

El término templabilidad se refiere a la capacidad relativa

de un acero de ser endurecido por transformación a

martensita. Es una propiedad que determina la profundidad por

debajo de la superficie templada a la cual el acero se

endurece o la severidad del temple requerido para lograr una

cierta penetración de la dureza. Los aceros con buena

templabilidad pueden endurecerse más profundamente debajo de

la superficie y no requieren altas velocidades de

enfriamiento. La templabilidad no se refiere a la máxima

Page 115: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

dureza que se puede lograr en el acero; eso depende del

contenido de carbono.

La templabilidad de un acero se incrementa mediante la

aleación. Los elementos aleantes que tienen el mayor efecto

son el cromo, el manganeso, el molibdeno y el níquel en menor

grado. El mecanismo mediante el cual operan estos elementos

aleantes es el aumento del tiempo antes de que ocurra la

transformación de austenita a perlita en el diagrama TTT. En

efecto, la curva TTT se mueve hacia la derecha, permitiendo

así velocidades de enfriamiento más lentas durante el

apagado. Por tanto la trayectoria del enfriamiento es capaz

de seguir más fácilmente una ruta más lenta hacia la línea

Ms, evitando el obstáculo impuesto por la nariz de la curva

TTT.

El método más común para medir la templabilidad es el ensayo

de Jominy del extremo templado. El ensayo involucra el

calentamiento de un espécimen normal de diámetro = 1.0 pulg

(25.4 mm) y longitud = 4.0 pulg (102 mm) hasta la escala de

la austenita y después el templado de uno de sus extremos con

agua fría mientras se sostiene verticalmente, como se muestra

en la figura 5(a). La velocidad de enfriamiento en el

espécimen de prueba disminuye con el incremento de la

distancia desde el extremo que se templa. La templabilidad es

indicada por la dureza del espécimen como una función de la

distancia desde el extremo templado como se muestra en la

figura 5(b).

Page 116: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Aceros resistentes a la oxidación y la corrosión

En los aceros inoxidables, la acción de los elementos aleados

es sustancial, además de estructural, y depende del

porcentaje del o los elementos de la aleación

El cromo es el elemento aleado que más influye en la

resistencia ala oxidación y a la corrosión de los aceros. Un

12% de cromo ya impide la corrosión por el aire ambiente

húmedo. Para la oxidación a latas temperaturas se puede

necesitar hasta un 30 %.

El Níquel mejora la resistencia a la corrosión de los aceros

al cromo y el Molibdeno mejora la resistencia a la oxidación

altas temperaturas.

Aceros inoxidables son resistentes a la corrosión

atmosférica, s los ácidos y álcalis y ala oxidación a

temperaturas no muy elevadas.

Clasificación según estructura en estado de utilización:

Ferriticos

Martensiticos

Austeniticos

Aceros ferriticos:

Page 117: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte

en estructura ausenitica en el calentamiento). El grano no se

regenera

Composición:

15-18% de cromo y una máxima de 0,12% de carbono

Resistencia a la corrosión superior a la de los martensiticos

20-80% de cromo y una máxima de 0,35% de carbono

Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistentes a la

oxidación

Son difíciles de soldar y se usan en embuticion profunda por

su gran ductilidad.

Son magnéticos.

Aceros martensiticos:

Gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez

austenizados.

12 - 14 % de cromo, 0,20 - 0,50% de carbono

Principalmente en cuchillería.

16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono

Por temple adquieren grandes durezas.

Resistentes a la corrosión y al desgaste

Tipo normalizado AISI -311: acero inoxidable extra dulce.

Page 118: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel.

Resiste a la corrosión atmosférica, la del agua corriente y

la de los ácidos y álcalis débiles.

Fácilmente sondable

Usos: utensilios domesticos, griferia, ornamentacion,

cuberteria, etc.

Aceros austeniticos:

Estructura auseniticos a cualquier temperatura

Baja conductividad calorífica

Es el tipo de aceros más utilizados

Tipo normalizado AISI -314 Acero inoxidable ausenitico al

cromo níquel conocido como18/8.Contiene 0,08% de carbono, 18%

de cromo y 9% de níquel.

Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, al agua

de mar, al ataque de productos alimenticios, ciertos ácidos

minerales y de la mayoría de los ácidos orgánicos.

Usos: Construcción de equipos para la industria química y de

la alimentación, Utensilios de cocina y aparatos domésticos

que no requieren soldaduras en las zonas sometidas a fuerte

corrosión.

Admite pulidos con acabados a espejo, por lo que también se

usa para ornamentación.

DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

Page 119: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

DIAGRAMA HIERRO-CARBURO DE HIERRO

La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en

el hierro está influida por elementos de aleación, de los

cuales el más importante es el carbono. La figura muestra la

porción de interés del sistema de aleación de hierro-carbono.

Esta es la parte entre hierro puro y un compuesto

intersticial, carburo de hierro, Fe3C, que contiene 6.67% de

carbono por peso; por tanto, esta porción se llamará diagrama

de equilibrio hierro-carburo de hierro.

Antes de estudiar este diagrama, es importante que el lector

entienda que éste no es un verdadero diagrama de equilibrio,

pues equilibrio implica que no hay cambio de fase con el

tiempo; sin embargo, es un hecho que el compuesto carburo de

hierro se descompondrá en hierro y carbono (grafito), lo cual

tomará un tiempo muy largo a temperatura ambiente, y aun a

1,300ºF tarda varios años formar el grafito. El carburo de

hierro se llama fase metaestable; por tanto, el diagrama

hierro-carburo de hierro, aunque técnicamente representa

condiciones metaestables, puede considerarse como

representante de cambios en equilibrio, bajo condiciones de

calentamiento y enfriamiento relativamente lentos.

El diagrama muestra tres líneas horizontales que indican

reacciones isotérmicas. En términos generales, la figura A-1

se ha marcado con letras griegas para representar las

soluciones sólidas; sin embargo, es práctica común dar

nombres especiales a la mayoría de las estructuras que

aparecen en el diagrama. La solución sólida se llama

austenita. La figura A-2 muestra ampliada la porción del

diagrama de la esquina superior izquierda. Esta se conoce

como región delta, debido a la solución sólida . El lector

Page 120: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

debe reconocer la línea horizontal a 2,270ºF, por ser una

reacción peritéctica. La ecuación de la reacción peritéctica

se puede escribir como:

enfriamiento

Líquido + austenita

calentamiento

La solubilidad máxima del carbono en Fe b.c.c. es de 0.10%

(punto M), mientras que en el Fe f.c.c. es mucho mayor. La

presencia de carbono influye en el cambio alotrópico .

Conforme se agrega carbono al hierro, la temperatura del

cambio alotrópico aumenta de 2,2554 a 2,720ºF al 0.10% de C.

Considérese el significado de la línea NMPB. Al enfriar, la

porción NM representa el principio del cambio de estructura

cristalina de Fe b. c.c. a Fe f.c.c. para aleaciones que

contienen menos del 0.10% de C. La porción MP representa el

principio del cambio de estructura cristalina por medio de

una reacción peritéctica para aleaciones entre 0.10 y 0.18%

Page 121: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

de C. Para aleaciones que contienen menos del 0.18% de C al

enfriar, el fin del cambio de estructura cristalina está dado

por la línea NP. La porción PB representa el principio y el

fin del cambio de estructura cristalina por medio de la

reacción peritéctica. En otras palabras, para aleaciones

entre 0.18 y 0.50% de C, el cambio alotrópico empieza y

termina a temperatura constante. Nótese que cualquier

aleación que contiene más del 0.50% de C cortará el diagrama

a la derecha del punto B y solidificará en austenita

directamente. Como ningún tratamiento térmico comercial se

hace en la región delta, no habrá razón para referirse

nuevamente a esta porción del diagrama.

El diagrama que tiene los nombres comunes insertados, muestra

una reacción eutéctica a 2,065ºF. El punto eutéctico, E, está

a 4.3% de C y a 2,065ºF. Como la línea horizontal CED

representa la reacción eutéctica, siempre que una aleación

cruce esta línea, la reacción deberá ocurrir. Cualquier

líquido que esté presente cuando esta línea se alcanza debe

ahora solidificar en la muy fina mezcla íntima de las dos

fases que están en cualquier extremo de la línea horizontal:

austenita y carburo de hierro (llamada cementita). Esta

mezcla eutéctica se llama ledeburita, y la ecuación puede

escribirse como:

enfriamiento

Líquido + austenita + cementita

Calentamiento

Mezcla eutéctica-ledeburita

Page 122: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

La mezcla eutéctica generalmente no se ve en la

microestructura, ya que la austenita no es estable a

temperatura ambiente y debe sufrir otra reacción durante el

enfriamiento.

Hay una pequeña área de solución sólida a la izquierda de la

línea GH. Se sabe que 1,666ºF representa el cambio en

estructura cristalina de hierro puro f.c.c. a b.c.c. Esa

área es una solución sólida en una pequeña cantidad de

carbono disuelto en Fe b.c.c. y se llama ferrita. El

diagrama muestra una tercera línea horizontal HJK, que

representa una reacción eutectoide. El punto eutectoide, J,

está a 0.80% de C y a 1,333ºF. Cualquier austenita presente

debe ahora transformarse en la muy fina mezcla eutectoide de

ferrita y cementita, llamada perlita. La ecuación puede

escribirse como

enfriamiento

Líquido ferrita + cementita

Calentamiento

Mezcla eutéctoide-perlita

Por debajo de la línea de temperatura eutoide, cada aleación

consistirá de una mezcla de ferrita y cementita según lo

indicado.

Si se toma como base el contenido de carbono, es práctica

común dividir el diagrama hierro-carburo de hierro en dos

partes. Aquellas aleaciones que contienen menos del 2% de

carbono se conocen como aceros, y aquellos que contienen más

del 2% de carbono se conocen como hierros fundidos. El

Page 123: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

intervalo de acero se subdivide aún más en base al contenido

de carbono eutectoide (0.8% de C). Los aceros que contienen

menos del 0.8% de C se llaman aceros hipoeutectoides, en

tanto que los que contienen de 0.8 a 2.0 por ciento de C se

llaman aceros hipereutectoides. El intervalo de hierro

fundido también puede subdividirse por el contenido de

carbono eutéctico (4.3% de C). Los hierros fundidos que

contienen menos del 4.3% de C se conocen como hierros

fundidos hipoeutécticos, en tanto que los que contienen más

del 4.3% de C se llaman hierros fundidos hipereutécticos.

DEFINICIÓN DE ESTRUCTURAS

Ahora se definirán los nombres que, por razones descriptivas

o conmemorativas, se han asignado a las estructuras que

aparecen en este diagrama.

La cementita o carburo de hierro, fórmula química Fe3C,

contiene 6.67% de C por peso. Es un compuesto intersticial

típicamente duro y frágil de baja resistencia tensil (aprox.

5000 lb/plg²), pero de alta resistencia compresiva. Es la

estructura más dura que aparece en el diagrama. Su estructura

cristalina es ortorrómbica.

Austenita es el nombre dado a la solución sólida . Es una

solución sólida intersticial de carbón disuelto en hierro

(f.c.c.). La máxima solubilidad es del 2% de C a 2,065ºF

(punto C). Las propiedades promedio son: resistencia tensil,

150,000 lb/plg²; elongación, 10 por ciento en 2 plg.; dureza,

Rockwell C 40, aproximadamente; y tenacidad, alta.

Generalmente no es estable a la temperatura ambiente. Bajo

ciertas condiciones, es posible obtener austenita a la

Page 124: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

temperatura ambiente, y su microestructura se muestra en la

figura.

Ledeburita es la mezcla eutéctica de austenita y cementita;

contiene 4.3% de C y se forma a 2,065ºF.

Ferrita es el nombre dado a la solución sólida . Es una

solución sólida instersticial de una pequeña cantidad de

carbón disuelto en hierro (b.c.c.). La máxima solubilidad es

0.025% de C a 1,333ºF (punto H), y disuelve sólo 0.008% de C

a temperatura ambiente. Es la estructura más suave que

aparece en el diagrama. Las propiedades promedio son:

resistencia tensil, 40,000 lb/plg²; elongación, 40 por ciento

en 2 plg; dureza, menor que la Rockwell C 0 o que la Rockwell

B 90.

Perlita (punto J) es la mezcla eutectoide que contiene 0.80

por ciento de C y se forma a 1,333ºF a un enfriamiento muy

lento. Es una mezcla muy fina, tipo placa o laminar de

ferrita y cementita. También se muestra la fina mezcla tipo

huella dactilar, llamada perlita. La base o matriz ferrítica

blanca que forma la mayoría de la mezcla eutectoide contiene

delgadas placas de cementita. La figura muestra la misma

estructura, amplificada 17,000 veces con el microscopio de

electrones. Las propiedades promedio son: resistencia tensil,

12,000 lb/plg²; elongación, 20% 2n 2 plg; dureza, Rockwell C

20, Rockwell B 95-100 o BHN 250-300.

SOLUBILIDAD DE CARBONO EN HIERRO

La austenita, que es f.c.c. con cuatro átomos por celda

unitaria, representa un empaquetamiento de átomos mucho más

denso que la ferrita, que es b.c.c. con dos átomos por celda

Page 125: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

unitaria. Esto se demuestra por la expansión que tiene lugar

cuando la austenita cambia a ferrita en enfriamiento lento.

Si se supone que los átomos de hierro son esferas, es

posible, de las dimensiones reticulares y suponiendo que la

distancia de mayor aproximación es igual al diámetro atómico,

calcular la cantidad de espacio vacío en ambas estructuras

cristalinas. El cálculo muestra que el porcentaje de espacio

sin llenar en la red f.c.c. es del 255 y en la red b.c.c. es

del 32%. Tanto en la austenita como en la ferrita, los átomos

de carbono se disuelven intersticialmente, o sea, en los

espacios sin llenar de la estructura reticular. En vista de

los cálculos anteriores, podría parecer extraño que la

solubilidad de carbono en austenita es de este modo mucho

mayor que en la ferrita. Este comportamiento, aparentemente

no común. El orificio más grande en ferrita b.c.c. está a la

mitad entre el centro de la cara y el espacio entre los dos

átomos de las esquinas. La figura muestra dos de las cuatro

posibles posiciones para un átomo de carbono en la cara

frontal de un cubo centrado en el cuerpo. La mayor esfera

intersticial que precisamente ajustaría tiene un radio de

0.36 (10^-8)cm. El orificio mayor en austenita f.c.c. está en

la mitad del camino a lo largo de la orilla entre dos átomos

colocados en esquinas. La figura muestra una posible posición

para un átomo de carbono en la cara frontal de un cubo

centrado en la cara. La mayor esfera intersticial que

precisamente ajustaría tiene un radio de 0.52 (10^-8)cm; por

tanto, la austenita tendrá mayor solubilidad para el carbono

que para la ferrita. Como el átomo de carbono tiene un radio

de unos 0.70 (10^-8)cm, los átomos de hierro en austenita son

dispersados por la solución de carbono, así que a la máxima

solubilidad de 2%, sólo el 10% de los orificios se llenan. La

distorsión de la red ferrítica por el átomo de carbono es

Page 126: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

mucho más grande que en el caso de la austenita; por tanto,

la solubilidad de carbono es más restringida.

ENFRIAMIENTO LENTO DEL ACERO

La porción de acero del diagrama hierro-carburo de hierro

reviste un interés máximo. Aquí se estudiarán los diversos

cambios que tienen lugar durante el enfriamiento muy lento,

del intervalo de austenita, de varios aceros.

La aleación 1 es un acero jipoeutectoide que contiene 0.20%

de carbono. En el intervalo de austenita, esta aleación

consta de una solución sólida intersticial uniforme. Cada

grano contiene 0.20% de carbono disuelto en los espacios de

la estructura reticular de hierro f.c.c. Al enfriarse

lentamente nada sucede hasta que la línea GJ se cruza en el

punto X1. Esta línea se conoce como línea de temperatura

crítica superior del lado hipoeutectoide y se designa como

A3. El cambio alotrópico de hierro f.c.c. a hierro b.c.c.

tiene lugar a 1,666ºF para hierro puro y disminuye en

temperatura con el aumento de contenido de carbono, como lo

muestra la línea A3, por tanto, en X1, la ferrita debe

empezar a formarse en las fronteras de grano de la austenita.

Como la ferrita puede disolver muy poco carbono, en aquellas

áreas se rearreglan por si mismos a b.c.c. El carbono que

sale de la solución es disuelto en la austenita restante, así

que, conforme el enfriamiento avanza y la cantidad de ferrita

aumenta, la austenita restante se hace más rica en carbono.

Su contenido de carbono se mueve gradualmente hacia abajo y a

la derecha a lo largo de la línea A3. Finalmente, la línea HJ

se alcanza en el punto X2. Esta línea se conoce como línea de

temperatura crítica inferior en el lado hipoeutectoide y se

designa como A1. La línea A1 es la de temperatura eutectoide

Page 127: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

y constituye la mínima temperatura a la que el hierro f.c.c.

puede existir bajo condiciones de equilibrio. Precisamente

arriba de la línea A1, la microestructura consta de

aproximadamente 25% de austenita y 75% de ferrita. La

austenita restante, como el 25% del material total (regla II)

y que contiene 0.8% de carbono, experimenta ahora la reacción

eutectoide

enfriamiento

Austenita ferrita + cementita

Calentamiento

Perlita

Nótese que la austenita cambia en la línea A1; por tanto,

cuando la reacción está completa, la microestructura mostrará

aproximadamente 25% de perlita y 75% de ferrita.

Considérese la reacción eutectoide con más detalle. La

austenita cambia a ferrita y es una solución sólida

intersticial en la que cada grano restante disuelve 0.8 por

ciento de C en Fe f.c.c.; sin embargo, la ferrita es Fe

b.c.c. y disuelve muy poco carbono, de modo que el cambio en

estructura cristalina no puede ocurrir hasta que los átomos

de carbono salgan de la solución. Por tanto, el primer paso

es precipitar los átomos de carbono para formar placas de

cementita (carburo de hierro). En el área inmediatamente

adyacente a la placa de cementita, el hierro se vacía de

carbono y los átomos pueden ahora rearreglarse por sí mismos

para formar ferrita b.c.c. De cada lado de la placa de

cementita se forman delgadas capas de ferrita. El proceso

continúa con la formación de capas alternas de cementita y

Page 128: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

ferrita para dar la fina mezcla tipo huella dactilar conocida

como perlita. La reacción generalmente empieza en la frontera

de grano de austenita, con la perlita creciendo a lo largo de

la frontera y dentro del grano.

Como la ferrita y la perlita son estructuras estables, la

microestructura permanece en forma sustancial hasta llegar a

la temperatura ambiente y consta de aproximadamente 75% de

ferrita proeutectoide (formada entre las líneas A3 y A1) y

25% de perlita (formada de austenita en la línea A1). La

figura muestra la microestructura de un acero al 0.2% de C

lentamente enfriado. Según lo previsto, consta de 75% de

ferrita proeutectoide (áreas claras) y 25% de perlita (áreas

oscuras). Las áreas oscuras en esta microestructura no

parecen ciertamente una mezcla, por lo que se supone que es

perlita; sin embargo, mayor amplificación revela la fina

mezcla tipo huella dactilar de perlita.

Los cambios descritos serían los mismos para cualquier acero

hipoeutectoide. La única diferencia estaría en la relativa

cantidad de ferrita y perlita. A mayor proximidad del

contenido de carbono a la composición eutectoide (0.8% de C),

más perlita estará presente en la microestructura. La

microestructura de un acero al 0.4% de C lentamente enfriado

muestra aproximadamente 50% de perlita, en tanto que la

composición eutectoide (0.8% de C) muestra el 100% de

perlita.

GLOSARIO

Austenita: En un acero de Cr = 17.80% y Ni = 10.10% es una

solución sólida de carbono en hierro gamma (y) es blanda,

dúctil, tenaz y no magnético.

Page 129: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Calibrado: Es el término empleado para designar un material

que ha sido sometido a procesos mecánicos de deformación en

frío empleando dados de laminación. La apariencia superficial

es brillante, se conoce normalmente como CR y sus tolerancias

están regidas por la Norma ISO H11.

Capa decarburada: Es la capa superficial de un acero que está

desprovista de carbono por haber sido sometido a procesos

elevados de temperatura.

Carburos: Un carburo es una combinación de carbono con un

elemento de aleación (Cr, Mo, W, y V). Su formación ocurre

durante el tratamiento térmico, y le confieren al Acero

propiedades mecánicas tales como Resistencia al desgaste,

Conservación del filo etc.

Cementita: Es un carburo de hierro (FeC3) es el constituyente

más duro de los aceros. Es magnética por debajo de los 210°c

y no magnético a temperaturas superiores.

Conservación de filo: Es la capacidad que posee un material

de no perder el filo de corte cuando está en contacto con un

material que esta siendo cizallado.

Corte térmico: Es el corte que se produce cuando ocurre una

reacción de oxidación por la mezcla de oxigeno y gas

combustible.

Curva de Revenido: Es la curva donde se relaciona en el eje X

la temperatura de revenido y en el eje Y la dureza en HRC, y

es empleada para encontrar la temperatura a la cual debe ser

revenido un Acero con el fin de alcanzar una dureza

determinada.

Page 130: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Deformación térmica: Es el cambio de medidas que sufre un

material cuando está sometido a procesos de temperatura

(Cambios detemperatura). Cuando un material se calienta se

dilata y cuando de enfría se contrae. - Dureza: Es la

resistencia que ofrece un acero a dejarse penetrar. Se mide

en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC)

Electroerosión: Es un proceso de mecanizado SIN ARRANQUE de

viruta y en el cual interviene la corriente eléctrica

produciendo un fenómeno de fusión del material. Están

presentes elementos tales como el electrodo que debe ser un

material altamente conductor de corriente, y el dieléctrico

que puede ser Agua, Petróleo o alguno de sus derivados.

Ferrita: En un acero con C= 0.05% y Mn = 0.29% es el hierro

alfa o hierro casi puro. Es muy dúctil, maleable y magnético

Flecha: Es la desviación que presenta un eje cuando está

comparado con una superficie completamente horizontal.

Laminado en Caliente: Término empleado para designar un

material que ha sido sometido a proceso mecánico de

deformación en caliente y que quedo con una apariencia

superficial negra que se conoce normalmente como HR. sus

tolerancias están regidas por la Norma DIN 1013.

Ledeburita: Mezcla eutéctica de Austenita y Cementita.

Martensita: La martensita puede considerarse como una

solución sólida de carbono en ferrita sobre saturada y

distorsionada.

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de

permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Page 131: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Medio de Enfriamiento: Es el medio en el cual se apaga el

acero en el tratamiento térmico después de haber alcanzado la

temperatura de Austenización y de haber sido sostenido a

dicha temperatura el tiempo necesario para transformar la

estructura. Este medio puede ser agua, aceite, sales, aire,

polímeros etc.

Perlita: Mezcla de ferrita y Cementita.Rectificado: Es el

término empleado para designar un material que después de

calibrado o torneado ha sido sometido a un proceso mecánico

de rectificado asegurando medidas muy cercanas a la nominal.

Sus tolerancias dimensiónales son regidas por la Norma ISO

H9.

Resiliencia: Resistencia que oponen los cuerpos a la rotura

por choque. Se mide por medio de péndulos de choque que se

dejan caer sobre probetas llevadas a distintas temperaturas.

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un

material a dejarse erosionar cuando esta en un contacto de

fricción con otro material.

Resistencia a la fatiga: Es la capacidad que posee un

material de absorber energía cuando esta sometido a cargas

cíclicas repetitivas

Resistencia a la torsión: Es la resistencia que ofrece un

material a dejarse cizallar cuando esta sometido a cargas

contrarias. Por ejemplo en la transmisión de movimiento de un

motor.

Resistencia a la tracción: Es la resistencia que ofrece un

material cuando esta sometido a cargas axiales.

Page 132: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Temperatura de Austenización: Es la temperatura a la cual se

eleva un acero durante el tratamiento de temple. Cada

material tiene una temperatura de Austenización determinada.

Templabilidad: Es la capacidad que posee un material de

penetración de dureza durante el tratamiento térmico, medida

desde la superficie hasta el núcleo.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber

energía sin dejarse fisurar. La más común es la resistencia

al impacto.

Tratamiento térmico: Son ciclos de calentamiento y

enfriamiento a los cuales se somete un material con el fin de

variar su dureza para cambiar su resistencia mecánica. Los

principales tratamientos térmicos son: Temple, Revenido,

Recocido, Normalizado.

Tratamientos termoquímicos: Son tratamientos de recubrimiento

superficial en los cuales un elemento químico se deposita por

procesode difusión en la superficie del material. Los

principales tratamientos termoquímicos son: Cementación y

Nitruración o Tenifer.

Torneado: Es el término empleado para designar un material

que ha sido sometido a un proceso mecánico de arranque de

viruta eliminando la capa decarburada. Su apariencia

superficial es brillante con las huellas del premaquinado.

Sus tolerancias dimensionales están regidas por la Norma ISO

H11.

CONCLUSIÓN

Page 133: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Después de haber estudiado pautadamente las propiedades

fundamentales de los materiales constituyentes de la aleación

hierro-carbono podemos concluir que:

Los tratamientos térmicos que se le dan a los aceros, además

de aumentar sus propiedades, contribuyen para el estudio de

las estructuras que se forman posteriormente de que se deje

enfriar lentamente. Tales estructuras como la ferrita y la

cementita, presentan muy buenas propiedades magnéticas y

además son constituyentes principales de los aceros recocidos

al igual que la perlita y con el estudio de sus estructuras

vemos que algunos de estos materiales son coloreables y sus

estructuras son mas compactas.

BIBLIOGRAFIA

PROCESOS DE MANUFACTURA

B.H. Amsterad, Phillip Ostwald

Compañía Editorial Continental

Sexta Edición

1984

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

Apraiz, Barreiro José.,

Limusa Noriega Editores

Novena Edición

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA FÍSICA

Page 134: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Sydney, h. Avner.,

Editorial McgrawHill

TECNOLOGÍA DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS METALES Valencia,

Asdrúbal.

Editorial Universidad de Antioquia

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 01

OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 02

DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONO

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 03

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

. . . . . . . . . . . . . . . . 03

Austenita

Ferrita

Cementita

Perlita

Bainita

Martensita

Page 135: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

DEFINICIÓN DE ACERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 06

Aceros hipoentectoides

Aceros hiperentectoides

Aceros al carbono

Aceros aleados

TRATAMIENTOS DE LOS ACEROS

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 08

Tratamientos térmicos

Tratamientos termoquímicos

Tratamientos mecánicos

Tratamientos en frío

Templabilidad

DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA HIERRO-CARBONO . . . . . 18

Diagrama hierro-carburo de hierro

Definición de estructuras

Solubilidad de carbono en hierro

Enfriamiento lento del acero

GLOSARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 28

Page 136: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 32

BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 33

1

TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS

Estos tratamientos tienen como finalidad dotar al material de

unas propiedades mecánicas distintas a las iniciales. O bien

recuperar sus propiedades iniciales después de haber

provocado un cambio.

Los tratamientos térmicos son procesos, que mediante

enfriamientos y calentamientos producen cambios en las

propiedades mecánicas de los materiales (aumentan

resistencia, tracción y dureza), sin alterar su composición

química.

Los tratamientos termoquímicos son procesos que mediante

enfriamientos, calentamientos y cambios en la composición

química provocan un aumento de la resistencia y la dureza de

la superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo

de las mismas con las propiedades iniciales.

TEMPLE

Es un tratamiento térmico tal que, mediante calentamientos y

enfriamientos permite transformar la austenita en martensita.

La finalidad del temple es aumentar la resistencia a la

tracción, la dureza y la elasticidad de los aceros, a

Page 137: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

expensas de disminuir su plasticidad y tenacidad (la pieza se

hace más frágil).

Así mismo, con el temple se modifican propiedades físicas

(aumenta el magnetismo y la resistencia eléctrica) y químicas

(aumenta la resistencia a la corrosión).

TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO

  COMPOSICION DEL ACERO

  Acero es una aleación de hierro y carbono que

contiene otros elementos de aleación, los

cuales le confieren propiedades mecánicas

especificas para su utilización en la industria

metalmecánica.

Los otros principales elementos de composición

son el Cromo, Tungsteno, Manganeso, Níquel,

Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y

Fósforo. Estos elementos, según su porcentaje,

ofrecen características especificas para

determinadas aplicaciones, como herramientas,

cuchillas, soportes, etc.

    PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO

 Resistencia al desgaste. Es la

resistencia que ofrece un material a dejarse

erosionar cuando esta en contacto de fricción

con otro material.

Tenacidad. Es la capacidad que tiene un

material de absorber energía sin producir

Fisuras  (resistencia al impacto).

Maquinabilidad. Es la facilidad que posee

Page 138: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

un material de permitir el proceso de

mecanizado por arranque de viruta.

Dureza. Es la resistencia que ofrece un

acero para dejarse penetrar. Se mide en

unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C

(HRC), mediante test del mismo nombre.

     TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO

       El tratamiento térmico en el material es

uno de los pasos fundamentales para que pueda

alcanzar las propiedades mecánicas para las

cuales esta creado. La clave de los

tratamientos térmicos consiste en las

reacciones que se producen en el material,

tanto en los aceros como en las aleaciones no

férreas, y ocurren durante el proceso de

calentamiento y enfriamiento de las piezas, con

unas pautas o tiempos establecido. 

Temple.  El temple tiene por objeto

endurecer y aumentar la resistencia de los

aceros. Para ello, se calienta el acero a una

temperatura ligeramente más elevada que la

crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se

enfría luego más o menos rápidamente (según

características de la pieza) en un medio como

agua, aceite, etc.

Revenido.  Es un tratamiento habitual a

las piezas que han sido previamente templadas.

El revenido consigue disminuir la dureza y

resistencia de los aceros templados, se

Page 139: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

eliminan las tensiones creadas en el temple y

se mejora la tenacidad, dejando al acero con la

dureza o resistencia deseada. Se distingue

basicamente del temple en cuanto a temperatura

máxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido. Consiste básicamente en un

calentamiento hasta temperatura de

austenización (800-925ºC) seguido de un

enfriamiento lento. Con este tratamiento se

logra aumentar la elasticidad, mientras que

disminuye la dureza. Tambien 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.

        TRATAMIENTOS TERMO QUIMICOS DEL ACERO

     En el caso de los tratamientos térmicos, no solo se

producen cambios en la Estructura del Acero, sino también en

su COMPOSICION QUIMICA, añadiendo diferentes productos

químicos durante el proceso del tratamiento. Estos

tratamientos tienen efecto solo superficial en las piezas

tratadas.

Cementación.  Mediante este tratamiento se producen

cambios,  en la composición química del acero. Se consigue

teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal

durante el calentamiento y enfriamiento. Lo que se busca es

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.

Page 140: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Nitruración.  Este tratamiento TermoQuímico busca

endurecer superficialmente un acero con nitrógeno,

calentándolo a temperaturas comprendidas entre 400-525ºC,

dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.

TRATAMIENTO TERMICOS DE LOS ACEROS

A. INTRODUCCIÓN

A.1—NATURALEZA FÍSICA Y QUÍMICA

A.2—MICROESTRUCTURA

A.3-CLASIFICACION DE LOS ACEROS

A.4—DIAGRAMAS DE FASES

B) TRATAMIENTOS TERMICOS

B.1—RECOCIDO

B.2--TEMPLE

B.3—REVENIDO

B.4--NORMALIZADO

A) INTRODUCCIÓN

El acero es una aleación de hierro con carbono en una

proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de

otros elementos, ya inmersos en el material del que se

obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para

mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades.

Page 141: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a

distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de

carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico,

la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias,

ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es

hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos

en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el

7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy

quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita,

con una composición específica y una estructura

características, sus propiedades físicas con intermedias

entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de

un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las

proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el

contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de

ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8%

de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con

cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y

cementita.

A.1—NATURALEZA FÍSICA Y QUÍMICA DEL ACERO

Acero en realidad es un término que nombra a una familia muy

numerosa de alea-

ciones metálicas, teniendo como base la aleación Hierro Œ

Carbono. El hierro es

un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico d

A = 2,48 Å ( 1

amstromg Å = 10 -10 m), con temperatura de fusión de 1 535ºC

y punto de ebullición

Page 142: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

2 740ºC. Mientras el Carbono es un metaloide, con diámetro

mucho más pequeño

(d A = 1,54 Å ), blando y frágil en la mayoría de sus formas

alotrópicas (excepto

en la forma de diamante en que su estructura cristalográfica

lo hace el más duro de

los materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros

atómicos lo que va a

permitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través

de la celda del otro

elemento de mayor di Cuando una sustancia logra disolverse en

otra se tiene una solución, donde a la primera, que es

minoritaria, se le llama soluto y a la segunda, que es

mayoritaria,se le llama solvente. Estas sustancias pueden ser

sólidas, líquidas o gaseosas.

Al igual que el carbono, actúan otros elementos que devienen

en intersticiales.

debido a su diámetro atómico menor a 2 Å, lo que les da mayor

posibilidad de

difusión a través de los intersticios de la estructura

cristalina del hierro. Estos

elementos son el Nitrógeno (d A = 1,42 Å), Hidrógeno (d A =

0,92 Å), Boro (d A =

1,94 Å), Oxígeno (d A = 1,20 Å), etc. Va a ser esta

posibilidad de difusión intersticial

Page 143: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

la responsable de una gran cantidad de posibilidades

tecnológicas y variantes de

propiedades en el acero, especialmente las vinculadas al

endurecimiento, gracias

a la solución sólida intersticial de carbono en hierro, y a

la formación de compues-

tos intersticiales como carburos y nitruros que aparecen como

componentes usual-

mente muy duros en los aceros aleados.

Por otro lado, otros elementos como el cromo, níquel,

titanio, manganeso, vanadio,

cobre, etc. con diámetros atómicos cercanos al del hierro

(condición indispensable),

formarán soluciones sólidas sustitucionales en un intervalo

que dependerá de la

semejanza de estructura cristalina, de la afinidad química y

de las valencias relati-

vas. Estas soluciones sustitucionales son las más frecuentes

y numerosas entre los

metales, especialmente en el acero. . En un metal que está

formado por la unión de electrones girando alrededor de un

núcleo, como es posible que pueda tener tan buena solidez,

tenacidad y dureza.

Page 144: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

¿Qué fuerzas explican esta cohesión? El enlace metálico es un

enlace muy pecu-

liar que permite la movilidad de los electrones alrededor de

los núcleos generan-

do una cohesión entre ellos, gracias a fuerzas de repulsión

entre núcleos y entre

electrones, y a fuerzas de atracción entre núcleos positivos

y electrones; y, a la

vez, permite un ordenamiento muy regular de los iones (átomos

que han perdido

o ganado electrones, según su valencia) dando lugar a una

estructura cristalina. La

estructura cristalina se caracteriza por una distribución

regular de los átomos (y

iones) en el espacio. Hay 14 estructuras posibles de

cristalización, aunque la ma-

yor parte de los metales cristalizan en tres tipos de

estructuras, dos de ellas cúbi-

cas y una hexagonal. El enlace metálico es el responsable de

la dureza, la resistencia mecánica y la plasticidad que

caracterizan a los metales. Es su gran movilidad de los

electrones lo que explica también el brillo metálico y las

conductividades térmica y eléctrica.

Formas alotrópicas son las diversas formas en que un metal

alotrópico puede

Page 145: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

presentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando un

metal monocomponente

o monofásico, sin haber variado su composición química, sufre

un cambio rever-

sible de estructura cristalina, se dice que es alotrópico.

Se llama fase a un componente que constituye una entidad

diferenciada de las

otras fases, en base a su composición química, a su

naturaleza física, a su estruc-

tura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas, etc.

El hierro es un metal alotrópico pues pasa de una estructura

b.c.c., conocida como

hierro alfa, que existe desde temperatura ambiente hasta los

910 ºC, a una estruc-

tura f.c.c. del hierro gamma, que existe entre los 912 y 1

500ºC, y luego retorna a

la estructura b.c.c., esta vez, del hierro delta, que

existe hasta los 1 540ºC.

El enlace metálico es el responsable de la dureza, la

resistencia mecánica y la

plasticidad que caracterizan a los metales. Es su gran

movilidad de los electrones

Page 146: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

lo que explica también el brillo metálico y las

conductividades térmica y eléctrica.

Formas alotrópicas son las diversas formas en que un metal

alotrópico puede

presentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando un

metal monocomponente

o monofásico, sin haber variado su composición química, sufre

un cambio rever-

sible de estructura cristalina, se dice que es alotrópico.

Se llama fase a un componente que constituye una entidad

diferenciada de las

otras fases, en base a su composición química, a su

naturaleza física, a su estruc-

tura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas, etc.

El hierro es un metal alotrópico pues pasa de una estructura

b.c.c., conocida como

hierro alfa, que existe desde temperatura ambiente hasta los

910 ºC, a una estruc-

tura f.c.c. del hierro gamma, que existe entre los 912 y 1

500ºC, y luego retorna a

la estructura b.c.c., esta vez, del hierro delta, que existe

hasta los 1 540ºC.

. Celdas unitarias b.c.c. (estructura cúbica de cuerpo

Page 147: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

centrado) y f.c.c. (estructura cúbica de cara centrada),

corres-

pondientes al hierro alfa y hierro gamma, respectivamente.

Serán estas fases del hierro las cuales asimilarán los átomos

de carbono principal-

mente, pero también átomos de otros elementos en menor

cantidad, para dar lugar

a la formidable familia de aleaciones conocida como acero. De

tal forma que estas

fases también estarán presentes en los aceros aunque,

lógicamente, presentarán

cambios de composición que incluyen a los nuevos elementos

presentes.

Las propiedades mecánicas en los aceros son influenciadas

fuertemente por el

contenido de carbono, ya que determinan cantidades diferentes

de uno de los com-

ponentes más duros en el acero, como es la cementita, o de su

mezcla eutectoide,

la perlita. Aún en estado de temple (endurecido por

enfriamiento rápido), el con-

tenido de carbono del acero sigue siendo importante pues una

martensita de ma-

yor contenido de carbono será también más dura.

Page 148: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

A.2—MICROESTRUCTURA

Veamos un poco más adentro en la estructura del acero. Un

producto de acero,

como una barra o una plancha, es un sólido que está formado

por granos. Al

microscopio son granos los que se observan como

microcomponentes del acero.

Estos granos pueden ser de alguna de las fases, o mezcla de

fases, que están

presentes en todo acero normal: ferrita, perlita, cementita;

por lo que pueden tener

diferente aspecto.De esta forma un acero al carbono, de un

contenido de carbono de 0,20 %, estará formado por una

proporción de 75% de fase ferrita (cuyo contenido de carbono,

a

temperatura ambiente, no pasa de 0,008 %) y aproximadamente

25 % de perlita

(cuyo contenido de carbono es fijo y corresponde a 0,8 %);

mientras un acero de

mayor contenido de carbono (por ejemplo, 0,40 %) tendrá mayor

proporción de

perlita (aproximadamente 50 % )

Los granos, a su vez, están formados por agregados de

cristales. Son estos cristales los que van a determinar en

Page 149: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

gran medida las propiedades del acero. Como ya ha sido dicho,

cada fase tiene diferente estructura cristalina o

cristalográfica, y, por tanto, cada fase posee diferentes

propiedades.

El acero poseerá, en general y proporcionalmente, las

propiedades promedio del conjunto.

CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los aceros se clasifican en cinco grupos principales:

aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación

ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de

herramientas.

Aceros al carbono

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros

contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65%

de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este

tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil,

estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.

Aceros aleados

Estos aceros están compuestos por una proporción

determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además

de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los

aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar

engranajes, ejes, cuchillos, etc.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes

Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos

aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a

Page 150: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

que contienen menor cantidad de materiales costosos de

aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que

hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al

carbono. Este material se emplea para la fabricación de

bagones porque al ser más resistente, sus paredes son más

delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.

Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un

mayor peso. También se emplea para la fabricación de

estructuras de edificios.

Aceros inoxidables

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos

de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la

oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros

muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho

tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los

arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También

se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y

productos químicos por su resistencia a la oxidación y para

la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de

huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales.

Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como

pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de

limpiar.

Aceros de herramientas

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y

cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene

wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le

proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

Page 151: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

A.4—DIAGRAMA DE FASES DEL ACERO

Bien, ya hemos dicho que los aceros están compuestos por

ciertas fases, las cuales a su vez tienen ciertas

características diferenciadas. La diferente proporción de

estas fases determinará en mucho las propiedades del acero.

También se ha dicho que el contenido de carbono y de otros

elementos influyen sobre las propiedades del acero, esto

quiere decir que estos elementos se meterán dentro de estas

fases cambiando a su vez sus propiedades. La forma más simple

de visualizar este hecho es a través de un diagrama de fases

en equilibrio hierro-carbono.

Page 152: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El diagrama hierro-carbono solo tiene una zona de interés

tecnológico que lo

constituye la porción hierro-carburo de hierro. El carburo de

hierro conocido como cementita es un compuesto Fe 3 C con

6,67 % de carbono. Este es un diagrama metaestable, pues para

fines prácticos se puede considerar que la cementita es una

fase iacuasiestablel_ y técnicamente representa condiciones

de equilibrio útiles para entender las transformaciones que

veremos en los aceros.

Considerando el contenido de carbono, es práctica común

dividir este diagrama

en dos partes: la de las fundiciones (entre aproximadamente 2

y 6,67 % de carbono) y la de los aceros (entre 0 y 2 % de

carbono). Vemos, además varias zonas definidas dentro del

diagrama. Tenemos varias soluciones sólidas. La solución

sólida gamma (derivada de la fase gamma del hierro) se llama

austenita y posee una estructura f.c.c. A alta temperatura se

tiene la región de la solución sólida delta (derivada de la

fase delta del hierro) con estructura f.c.c. Mientras que a

menor temperatura se tiene la región de la ferrita (derivada

de la fase alfa del hierro) también con estructura f.c.c

La transformación más importante en este diagrama, desde el

punto de vista de su utilización técnica, lo constituye la

transformación austenítica:

Austenita ! Ferrita + Cementita

Esta transformación se verifica a 723ºC , que es conocida

como la temperatura

Page 153: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

eutectoide, y su control constituye un poderoso medio de

determinar las propiedades mecánicas del acero adecuándolas a

nuestro uso. El control y aprovechamiento de esta

transformación constituye una buena parte del campo de

aplicación de los tratamientos térmicos.

La velocidad de enfriamiento determinará la microestructura

final presente en el

acero, decidirá si la fase presente es de naturaleza

metaestable o estable o si es una fase fuera del equilibrio;

y por tanto determinará las propiedades mecánicas, físicas,

químicas, etc. asociadas a las fases presentes.

Si esta transformación se realiza enfriando lentamente se

producirá la mezcla

eutectoide conocida como perlita, formada por finas capas

alternadas de cementita y ferrita. Cuanto más lentamente se

realice esta transformación más gruesas serán estas capas y

mayor será el tamaño de grano del acero (esto sucede en el

tratamiento térmico conocido como recocido). Si el

enfriamiento es menos lento se tendrá una perlita con capas o

lamelas más finas, como sucede en el normalizado.El acero

recocido es más blando que el acero normalizado.

Si mediante un enfriamiento acelerado, desde la zona

austenítica, logramos evitar la transformación eutectoide

tendremos una fase fuera del equilibrio llamado martensita.

Este nuevo componente microestructural posee alta dureza

aunque con una cierta fragilidad. La martensita es una

solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en hierro

alfa lo que lleva a una estructura

Page 154: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

tetragonal de cuerpo centrado derivada de la estructura

b.c.c. El eje

z de la celda cúbica es mayor debido a la inclusión de átomos

de carbono. Esta

fuerte alteración de la red es la responsable de la alta

dureza de la martensita y

también de su aspecto microestructural acicular.

A. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS

El tratamiento termico consiste en una combinación de

operaciones de calentamiento, y enfriamiento, con tiempos

determinados, aplicados a un metal o aleación en el estado

solido, en una forma tal que producira las propiedades

deseadas , por lo que el calentamiento , con el unico fin de

favorecer una deformación, no se incluye dentro de esta

definición.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades

mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a

las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta

manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia

mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para

facilitar su conformación

Todos los procedimientos de tratamientos termicos de aceros,

incluyen la transformación o descomposición de la

austenita,por lo que el primer paso en cualquier proceso de

tratamiento del acero, será el calentar el material a alguna

temperatura , que como minimo sea la del intervalo critico

que lleva a la formación de la austenita.

Page 155: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Los factores fundamentales que influyen en el tratamiento

termico, son la temperatura y el tiempo ,tanto es asi que el

proceso del tratamiento se caracteriza por la temperatura de

calentamiento maxima tmax , que es la temperatura hasta la

cual se calienta el material durante el tratamiento , el

tiempo que se mantiene a la temperatura de calentamiento, por

las velocidades de calentamiento Vcal , y de enfriamiento

Venfr , las cuales se toman en su valor medio ponderado en

todo el proceso, y este valor se hace extensivo a todo el

intervalo de temperaturas deseado. Según sea esta velocidad

de enfriamiento , dara una estructura cristalina diferente, y

unas propiedades físicas y químicas diferentes, para cada

acabado,(según lo comentado en la parte del diagrama de

fases).

El tratamiento puede ser simple, complejo ( varios

calentamientos y enfriamientos), escalonado,

intermitente,etc, pero todos ellos se pueden representar

mediante una grafica de la Temperatura frente al Tiempo.

Durante los tratamientos termicos, los aceros sufren

deformaciones importantes, debidas al desigual y rapido

enfriamiento de las diferentes partes de las piezas, asimismo

experimentan cambios de volumen , debidos a dilataciones

termicas ( al calentarse el acero , este se dilata aumentando

su volumen , a medida que se eleva su temperatura, según su

coeficiente de dilatación termica, que esta del orden de 14 x

10 -6 ) y a modificaciones en la microestructura del acero

( al calentar un acero, la zona critica se contrae , y luego

al enfriarse cuando llega aproximadamente sobre los 710º-

680º, se vuelve a dilatar, esto se produce por los cambios de

estructura, es decir, a la transformación de perlita en

Page 156: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

austenita en el calentamiento, y al contrario en el

enfriamiento), debido a estos cambios de volumen, hay que

tener cuidado con los tratamientos elegidos, ya que cuando el

enfriamiento es lento (recocido), estos cambios ocurren a

alta temperatura y los cambios no son importantes, ya que el

acero caliente es plastico y admite ciertas deformaciones,

pero cuando se templa un acero , la transformación ocurre a

baja temperatura y aparecen en la estructura cristalina ,

cristales de martensita en vez de perlita, entonces es mas

peligroso porque el acero frio no es plastico, y el aumento

de volumen suele ser bastante mayor , ademas algunas veces

este cambio de volumen solo lo sufren ciertas partes de las

piezas, y otras no, con lo que existe un riesgo de rotura

mucho mayor.

Las variaciones de las propiedades del material , que se

producen como consecuencia de los tratamientos termicos ,

deben de ser permanentes , para poder beneficiarnos

constructivamente de estos cambios, ya que si no no tendría

ningun sentido.

Los tratamientos termicos se pueden clasificar en tres

tipos , los cuales tienen ciertas semejanzas, en los tres se

calienta el acero a una temperatura ligeramente superior a la

critica, y luego , después de un periodo de permanencia en

esta temperatura , suficiente para conseguir el estado

austenitico, se enfrian las piezas. La diferencia fundamental

entre los tres tratamientos es la velocidad de enfriamiento ,

que es lo que caracteriza a cada tratamiento, siendo asi que

las dos primeras partes (calentamiento y permanencia), se

pueden estudiar en comun para los tres tipos , que son:

--Recocido (de primer y segundo genero)

Page 157: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

--Temple

--Revenido

en estos tratamientos hay que alcanzar una temperatura

ligeramente mas elevada que la critica superior ( excepto el

recocido subcritico ) , para conseguir que todo el acero pase

al estado austenitico , este exceso de temperatura es de 50 a

70 grados por encima para el normalizado, 40 a 60 grados para

el temple, y de 20 a 40 grados para el recocido.

Para conseguir que toda la masa del acero este formada por

cristales de austenita ,. Hace falta que el acero este a la

temperatura de tratamiento cierto tiempo , que dependera de

la masa de las piezas , de la temperatura , de la velocidad

de calentamiento , de la clase de acero , y del estado

inicial y final del material , el tiempo de mantenimiento

empieza cuando toda la pieza ( incluyendo la parte del

interior ), ha alcanzado la misma temperatura , ya que al

rebasar las temperaturas criticas , todo el carbono forma

solucion con la austenita , en las cuales unas partes pueden

tener mas concentración de carbono que otras, y este

porcentaje tiende a igualarse en toda la masa , proceso este

que se puede ver retardado por las fronteras de grano, por

impurezas de fosforo y oxigeno etc.

Cuando se alcanza la temperatura de austenizacion en los

aceros hipoeutectoides tiene que transcurrir un tiempo para

que el carbono se difunda en las zonas que antes fueron

ferriticas.. El tiempo necesario para tener una estructura de

austenita homogénea, tambien varia con la máxima temperatura

alcanzada y con la forma de la microestructura inicial,

Page 158: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

cuanto mas alta sea la temperatura, menos tiempo sera

necesario para homogeneizar la microestructura.

La duración del calentamiento depende también de la clase

tratamiento que vayamos a realizar , en los normalizados se

usaran permanencias mas cortas

En los recocidos las permanencias seran mas largas , ya que

no solo hay que conseguir la formación del estado austenitico

, sino también la difusión y homogeneización de los

constituyentes.

En este tiempo de mantenimiento del acero a temperatura

elevada , los cristales de austenita se desarrollan y

aumentan de tamaño , y a mas temperatura y mas duración , mas

se desarrollan y mas gruesos se hacen , y como el tamaño de

los cristales del acero final dependen del tamaño de los

cristales de austenita , tendremos un producto final de

cristales gruesos , por eso para afinar un acero de granos

gruesos , basta con calentarlo a una temperatura lo mas justo

por encima de la critica y luego enfriarlo al aire , siendo

esto el recocido.

--RECOCIDO

Se pueden distinguir dos tipos , de primer grado o subcritico

, que es el calentamiento de un metal dentro de una misma

fase , sin cambio de la misma , y un posterior enfriamiento a

una velocidad lenta, con esto se consigue llevar al metal al

estado estable , eliminando tensiones residuales y

dislocaciones de la red produciendo una recristalizacion y el

de segundo genero en el que se produce un cambio de fase. El

objetivo del recocido es ablandar el acero y regenerar su

Page 159: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

estructura , es la primera operación a realizar en un

tratamiento termico ya que subsana defectos de los procesos

de fabricación del acero, como la colada, la forja ,etc. y

prepara el metal para las operaciones mecanicas siguientes

como el mecanizado ,extrusionado ,etc.

Si no hay necesidad de cambiar la distribución del componente

ferritico, y el grano de la estructura inicial no es muy

grueso, el calentamiento se producira por debajo de la

temperatura critica de fusion, consiguiendo solo una

recristalizacion del componente perlitico (recocido de

austenizacion incompleta). Normalmente en los aceros

hipereutectoides, y algunos hipoeutectoides que se suelen

recocer con austenizacion incompleta , no se cumple la

condicion de que todo el material este en estado austenitico

al comenzar el enfriamiento, con lo que se utilizan

temperaturas entre la critica inferior y la superior. En

estos casos se produce una estructura globular ( de perlita

globular) , ya que es la de distribución micrográfica mas

uniforme, y la que después del temple da mayor tenacidad , y

son mucho mas faciles de mecanizar.

Esta técnica se suele utilizar para los aceros de

herramientas,

Los recocidos subcriticos ( por debajo de la temperatura

critica inferior), se pueden dividir en tres clases , que son

:

-recocido de ablandamiento: sirve para ablandar el acero

rapidamente, calentando el acero a una temperatura lo mas

elevada posible , pero siempre inferior a la critica, para

dejarlo enfriar al aire .

Page 160: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

-recocido contra acritud: se realiza a temperaturas mas bajas

que las del ablandamiento(550-650º) , y se consigue un

aumento de la ductilidad de los aceros de bajo contenido en

carbono , destruyendo la cristalizacion alargada de la

ferrita y se crean cristales poliedricos mas dúctiles.

-recocido subcritico globular: para conseguir una estructura

globular similar a la de la austenizacion incompleta, se

somete a los aceros a un calentamiento a temperaturas

inferiores , pero proximas a la critica inferior, enfriándose

en el horno.

En el recocido de segundo genero o de austenizacion

completa ,se calienta el material por encima del punto

critico superior , y se mantiene caliente hasta lograr una

homogenización del material, luego producimos un enfriamiento

lento para conseguir que el acero quede blando , cuanto mas

lento sea el enfriamiento mas blando sera el acero , si se

aumenta la velocidad de enfriamiento al atravesar el acero la

zona critica , se aumenta la dureza , si esta velocidad

sobrepasa la velocidad critica , la austenita comienza a

transformarse en otros constituyentes.

El acero se puede sacar del horno cuando ya los cristales de

austenita se han transformado completamente en perlita blanda

, este punto depende de la velocidad de enfriamiento , por

ejemplo a una velocidad de 10 grados -hora , el proceso de

transformación ocurre sobre los 700*680 grados , y a 20

grados - hora, la transformación ocurre a 680-650 grados

TEMPLE:

Page 161: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El temple es un tratamiento termico que consiste en enfriar

muy rapidamente , la mezcla austenitica homogénea , que

tenemos después de calentar el acero ,

Con este enfriamiento rapido se consigue un aumento de dureza

, ya que el resultado microscopico final es una mezcla

martensítica . La temperatura de temple para los aceros

hipoeutectoides son de 30-50 grados, por encima de esta

temperatura , el grano de austenita crece mucho, obteniéndose

austenita basta de baja tenacidad . El tiempo de enfriamiento

debe de ser rapido pero solo en el intervalo de temperatura

de 650-400 grados, que es donde la austenita es menos estable

, y es donde se forma la mezcla de ferrita y cementita , por

encima de 650 grados la velocidad puede ser mas lenta , pero

no tanto que permita la precipitación de ferrita o la

transformación de austenita en perlita , por debajo de los

400 grados comienza la zona de estabilidad de la austenita ,

y el enfriamiento puede volver a ser lento, y en el intervalo

de 200-300 grados, el enfriamiento debe de ser lento para

evitar tensiones termicas resultantes de un enfriamiento

rapido.

En los aceros hipereutectoides el temple se suele realizar

con calentamiento de austenización incompleta , en la masa

original caliente hay austenita y una cantidad de cementita y

carburos aleados, después del enfriamiento se obtiene

martensita y carburos , este proceso produce mejores

resultados en la practica industrial.

Factores que influyen en el temple de los aceros son la

composición, el tamaño de grano , el tamaño de las piezas .

Page 162: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

El estudio de las velocidades criticas del temple debe de

hacerse con ayuda de las curvas de la “S” de enfriamiento

continuo , las cuales reflejan la influencia de la

composición sobre la velocidad de enfriamiento , al aumentar

el porcentaje de nanganeso y cromo , las curvas se desplazan

hacia la derecha y por tanto las velocidades criticas del

temple disminuyen.

El tamaño de grano modifica la situación y forma de la curva

“S” ,en aceros de la misma composición , las velocidades del

temple de grano grueso son menores que las velocidades de

grano fino. El tamaño , volumen , y espesor de las piezas

tiene gran importancia, ya quesi enfriamos una pieza grande

primero se enfria la superficie exterior rapidamente , pero

las capas interiores tardan mas , ya que el calor debe de

atravesar las capas exteriores y estas capas tienen una

conductividad limitada , con lo cual perfiles delgados

enfrian antes que gruesos.

El medio de enfriamiento tambien influye siendo este proceso

por etapas , en la primera el acero al sumergirse en el

liquido se forma una capa de vapor , al ser su temperatura

muy alta, que rodea el metal , y el enfriamiento se hace por

conducción y radiación a traves de la capa gaseosa , siendo

un enfriamiento muy lento.

En la segunda etapa cuando desciende la temperatura de

superficie del metal , la película de vapor va desapareciendo

, pero el liquido hierve alrededor de las piezas y se forman

burbujas que transportan el vapor por conducción. En la

tercera etapa el enfriamiento lo hace el liquido por

conducción y conveccion , cuando la diferencia de temperatura

del liquido y la pieza es pequeña., con lo que el liquido

Page 163: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

influye en la velocidad según su temperatura de ebullición,

su conductividad termica , su viscosidad , su calor

especifico y su calor de vaporización.

La templabilidad de un acero es una propiedad que determina

la profundidad y distribución de la dureza alcanzada al

producirse un enfriamiento desde la zona austentinica . La

templabilidad del hierro aumenta si se añaden aleantes , con

lño que a mas carbono mas templabilidad , sin embargo tambien

aumenta el volumen , con lo que el enfriamiento de la pieza

no es homogéneo , y enfria antes en el exterior que en el

núcleo , el cual no se podra dilatar al enfriarse por la

compresión ejercida por la pieza ya enfriada , creandose unas

tensiones de compresión en el interior y de tracción en la

superficie que pueden llegar a romperla, con lo que hay que

bajar el contenido en carbono , pero a su vez la

templeabilidad baja , con lo que se crea una contradicción.

Se considera que el temple de un acero es aceptable cuando la

microestructura esta formada por lo menos con un 50% de

martensita , pero para conseguir las mejores características

mecanicas en el producto final el porcentaje de martensita

debe de estar entre el 50 y el 90 %.

Existen muchos ensayos para determinar la templabilidad ,

pero el mas utilizado es el ensayo Jominy , cuyos resultados

se expresan como una curva de dureza frente a la distancia

desde el extremo templado. Del estudio de estas curvas se

puede observar que la máxima dureza que se consigue en el

temple del acero es función del contenido en carbono , que la

presencia de elementos

Page 164: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

De aleación en los aceros permite obtener durezas elevadas

aun a bajas velocidades de enfriamiento , que pequeñas

cantidades de elementos aleados convenientemente

seleccionados , ejercen mas influencia en la templabilidad

que un gran porcentaje de un solo elemento.

Si se realiza un temple mal , nos podemos encontrar con

defectos en la pieza como una dureza insuficiente para

nuestros propósitos , que se hayan formados puntos blandos ,

piezas con mucha fragilidad , descarburación , grietas etc.

La dureza escasa y la formación de puntos blandos se explican

por la falta de calentamiento ,por no haber alcanzado la

temperatura necesaria, o por no haber permanecido el

suficiente tiempo en ella , la fragilidad excesiva es por un

temple a temperaturas altas, etc. por lo cual hay que

extremar los cuidados a la hora de iniciar un proceso de

temple , y realizarlo correctamente, ya que son muchos los

factores que pueden echar a perder las piezas , y que no sean

validas para nuestros propósitos.

Existe un proceso llamado temple superficial que se usa para

endurecer superficialmente ciertas piezas de acero

conservando la tenacidad de su núcleo, el proceso consiste en

calentar las capas superficiales a una temperatura superior a

los puntos criticos y enfriar rapidamente siguiendo la

seccion de la pieza , como las diferentes capas interiores de

la pieza se han calentado a diferentes temperaturas , se ha

producido en la pieza diferentes temples, en la superficie el

temple sera completo , en el interior , incompleto , y en el

centro inexistente.

Page 165: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Hay diferentes metodos como el de calentamiento por llama

oxiacetilenica , recomendado para piezas que por su forma o

tamaño , no se pueden aplicar otros metodos ,la ventaja de

este metodo es que se pueden templar incluso partes de una

pieza , el metodo de inducción , que usa el flujo magnetico

creado por una corriente alterna de alta frecuencia que pasa

por un inductor , la característica mas importante de este

metodo es que para cada forma de pieza

Se le colocan unas espiras de una forma determinada , es el

metodo mas empleado ya que no se quema el carbono , no se

produce oxidación , y no se forma cascarilla , el

inconveniente principal es que no se puede utilizar para

piezas unicas , ya que hay que crear un inductor especifico

para cada forma.

REVENIDO

Después del temple , los aceros suelen quedar demasiado duros

y fragiles para los usos a los que estan destinados . Esto se

corrige con el proceso del revenido , este proceso consiste

en calentar el acero a una temperatura mas baja que su

temperatura critica inferior, enfriándolo luego al aire , en

aceite o en agua , con esto no se eliminan los efectos del

temple , solo se modifican , se consigue disminuir la

dureza , resistencia , y las tensiones internas , y se

aumenta la tenacidad . El acero , después del temple , esta

compuesto por cristales de martensita , si se vuelve a

calentar a diferentes temperaturas, entre Temp. Ambiente y

700º y después se enfria al aire , la resistencia a la

tracción disminuye a medida que la Temp.. del revenido

aumenta , y al mismo tiempo aumenta la ductilidad y la

tenacidad , la resistencia al choque o resiliencia , que es

Page 166: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

baja cuando el revenido se hace a Temp.. inferiores a 450º ,

aumenta cuando se hace a Temp.. mas elevadas. En ciertos

aceros en los que después del temple queda austenita residual

, se presenta un aumento de dureza , cuando el revenido se

hace entre 350º y 550º , transformándose la austenita en

otros constituyentes. Los aceros después del revenido , por

lo general se contraen

Estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido ,

se deben a los cambios microestructurales , que consisiten en

la descomposición de la martensita que se habia obtenido en

el temple y que se transforma en otros constituyentes mas

estables . La estructura obtenida en un revenido a 200-250º

es de martensita de red cúbica , a 400º se observa un

oscurecimiento fuerte ,al aumentar a 600-650º se desarrolla

la coalescencia de la cementita. Con ayuda del telescopio

electrónico se ha podido llegar a la conclusión que el

revenido se hace en tres etapas:

-La primera etapa se realiza a bajas temperaturas , menores

de 300º , y se precipita carburo de hierro epsilon y el

porcentaje de carbono en la martensita baja a 0.25% , el

carburode hierro cristaliza en el sistema hexagonal , en los

limites de los subgranos de la austenita , y la martensita

cambia su red tetragonal a rec cubica

-En la segunda etapa , solo se presenta cuando hay austenita

retenida en la microestructura del acero , la cual se

transforma en bainita , que al ser calentada a altas

temperaturas también precipita en carburo de hierro , con

formación final de cementita y ferrita.

Page 167: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

-en la tercera etapa, el carburo de hierro que aparecio en la

primera etapa, se transforma en cementita , cuando sube la

Temp.. se forma un precipitado de cementita en los limites y

en el interior de las agujas de martensita , la cual al

aumentar la Temp.. se redisuelve la del interior y se

engruesa la del exterior, al subir mas la Temp.. se rompe la

cementita exterior , y a 600º la matriz queda constituida por

ferrita . al final la martensita se ha transformado en

cementita y ferrita.

En los revenidos la martensita obtenida al temple, va

perdiendo carbono que aparece en forma de carburo epsilon , y

cementita.

Cuando después del temple aparece austenita residual , los

cambios microestructurales cuando empieza a calentar , son

iguales a los anteriores , pero a 225º comienza la

descomposición de la austenita hasta los 400º , produciéndose

un oscurecimiento de la estructura. Cuanto mas baja sea la

temperatura del temple , la austenita residual sera menos

refractaria , y a mas Temp.. del temple será mas difícil

conseguir la transformación isotermica de la austenita . Esta

austenita sufre una precipitación de carburos complejos de

alta aleación , y disminuye el contenido en carbono , después

de esta precipitación y al enfriar , se transforma en

bainita.

En el caso de herramientas fabricadas con aceros rapidos , se

mejoran dando un doble revenido , con el que se eliminan las

tensiones residuales y se evita la fragilidad excesiva. En el

primer revenido se transforma la martensita tetragonal en

revenida , precipitando carburos aleados , disminuyendo la

concentración de austenita “ acondicionamiento de la

Page 168: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

austenita “, que al enfriar se convierte en bainita con

características parecidas a la martensita , en el segundo

revenido se calienta a 550º , con lo que se evita que quede

martensita sin revenir.

En algunas clases de aceros , el revenido entre 250-400º , se

presenta una disminución de la tenacidad , que se produce en

la tercera fase del revenido , cuando la cementita envuelve

las agujas de martensita , la fragilidad aumenta cuanto mayor

es la red de cementita , y a temperaturas mayores esta red

desaparece , y aumenta la fragilidad.

Existe otra fragilidad llamada de Krupp , que se presenta en

los revenidos de los aceros cromo-niqueles , y se presenta

cuando después del temple , el acero permanece mucho tiempo

en el intervalo de 450-550º , esta fragilidad no va

acompañada de cambios de dureza, volumen, ni cambios

significativos en la estructura , esta fragilidad aparece en

los aceros sensibles a este fenómeno independientemente de la

velocidad de enfriamiento , para evitar este fenómeno se

enfria rapidamente para evitar estar mucho tiempo en este

intervalo de temperaturas.

Para valorar la importancia de esta fragilidad se utiliza el

coeficiente de susceptibilidad S = resiliencia de

enfriamiento muy rapido / resiliencia de enfriamiento lento.

Los factores que influyen en la fragilidad del revenido , son

la velocidad de enfriamiento ( como hemos comentado antes) ,

el tiempo de permanencia en el intervalo de temperatura

critica y la duración del revenido a Temp.. superiores a la

zona de fragilidad.

Page 169: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

NORMALIZADO

El normalizado se lleva a cabo al calentar a unos 35º por

encima de la Temp.. critica superior, se mantiene un tiempo ,

y luego se enfria en aire estático hasta la Temp.. ambiente ,

con esto se consigue un acero mas duro y resistente que el

que se obtiene con un enfriamiento mas lento , en un horno

después de un recocido . Este tratamiento se utiliza tanto

para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas , y sirve para

afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen

aparecer en la solidificación , forja etc. . La velocidad de

enfriamiento es mas lenta que en el temple y mas rapida que

el recocido , es un tratamiento tipico de los aceros al

carbono de construcción de 0.15 a 0.40 % de carbono , y las

temperaturas normales del normalizado varia según el

porcentaje en carbono , que va desde 840º a 935º , según la

composición sea desde 0.50 a 0.10 % de carbono.

Debido al incremento de velocidad de enfriamiento , hay menos

tiempo para la formación de ferrita proeutectoide en los

aceros hipoeutectoides y menos cementita proeutectoide en los

aceros hipereutectoides en comparación de los recocidos. En

los aceros hipereutectoides el normalizado reduce la

continuidad de la red de cementita y en algunos casos la

elimina , con lo que a mas velocidad de enfriamiento mas fina

sera la perlita resultante.

Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer

el acero.

Cementación

Page 170: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

Las superficies de las piezas de acero terminadas se

endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o

nitrógeno.

Carburización

La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón

vegetal, coque o gases de carbono.

Cianurización

Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro,

logrando así que endurezca.

Nitrurización

Se emplea para endurecer aceros de composición especial

mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.

CONCLUSIONES

.El acero es un material indispensable en la

civilización actual , la mayor parte de la industria

siderurgica actual esta basada en la fabricación y

transformación del acero.

También hemos visto el proceso que se necesita para

logra conseguir el acero y las complicaciones que tiene este

proceso que es muy complejo.

Por ejemplo hemos aprendido los diferentes tipos de

acabados que se le pueden dar al acero y como se hacen o se

logran estos acabados.

La fabricación del acero comenzó por accidente ya que

los expertos en la materia intentando fabricar hierro

Page 171: Los Tratamientos Térmicos de Los Aceros Especiales

calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido

obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.

Los sistemas de obtención del acero son muy variados

dependiendo de la cantidad del acero a obtener.

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del

método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga.

Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma

que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.

OBJETIVOS

Los objetivos pretendidos con este trabajo son el de realizar

un trabajo el cual sea lo mas general , completo y compacto

posible , que por si mismo se pueda entender , incluso para

alguien que no sepa nada de aceros , que se necesiten las

minimas consultas externas , y que por si mismo tenga un

desarrollo coherente y adecuado para su estudio.

Que al acbar su lectura se tenga una noción completa y

general del acero y de los tratamientos termicos de los

mismos.

Lo unico que lamento es no poder haber acompañado con mas

graficas y fotos , todos los conceptos aquí desarrollados ,

ya que no dispongo de scanner y no los he encontrado por

internet.