TEMPLADO

Objetivo

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 determinaran las propiedades físicas del acero.

Introducción

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. Este tratamiento térmico de endurecimiento, como el temple, que forman martensita, crea grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el revenido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. El revenido reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

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.

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.

Temple, en metalurgia e ingeniería, proceso de baja temperatura en el tratamiento térmico del acero con el que se obtiene el equilibrio deseado entre la dureza y la tenacidad del producto terminado. Los artículos de acero endurecidos calentándolos a unos 900 °C y enfriándolos rápidamente en aceite o agua se vuelven duros y quebradizos. Si se vuelven a calentar a una temperatura menor se reduce su dureza pero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad se logra controlando la temperatura a la que se recalienta el acero y la duración del calentamiento. La temperatura se determina con un instrumento conocido como pirómetro; en el pasado se hacía observando el color de la capa de óxido que se formaba sobre el metal durante el calentamiento.

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Existen varios tipos de temple, clasificados en función del resultado que se quiera obtener y en función de la propiedad que presentan casi todos los aceros llamada templabilidad (capacidad a la penetración del temple), que a su vez depende, fundamentalmente, del diámetro o espesor de la pieza y de la calidad del acero.

El término temple también se utiliza para describir un proceso de trabajo en frío que aumenta la dureza del metal, sobre todo en el caso de aceros con bajo contenido en carbono y de metales no ferrosos.

El templado del acero se realiza en tres escalones: calentamiento a temperatura de temple, detención a esta temperatura y enfriamiento rápido. El temple se consigue al alcanzar la temperatura de austenización y además que todos los cristales que componen la masa del acero se transformen en cristales de austenita, ya que es la única estructura constituyente del material que al ser enfriado rápidamente se transforma en martensita, estructura que da la máxima dureza a un acero hipoeutectoide.

Los aceros inferiores a 0,3% de carbono no toman temple debido a que al ser enfriados rápidamente de la temperatura de austenización fijan estructuras no martensíticas como por ejemplo: Perlita y Ferrita.

La temperatura de austenización es variable, dependiendo del porcentaje de carbono que contenga el acero. De acuerdo con un diagrama de nombre Hierro Carbono se distingue una zona llamada hipoeutectoide a la cual pertenecen los aceros de porcentajes de carbono inferiores al 0,83% hasta 0,008% y otra superior a estas de nombre hipereutectoide.

Material

Probetas 1018, 1045, 1060 (1”D x ¾” L). Recipientes de metal (20x20 cm). Carbón en polvo. Pinzas. Horno de pruebas. Guantes térmicos. 4 Cubetas (12 L). Aceite (8 L). Sal (1.2 Kg). Hielo (20 Kg). Agitador. Diagramas y fichas técnicas de los materiales.

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Procedimiento

1. Encender horno a temperatura indicada (Tabla 1).2. Preparar soluciones de enfriamiento.3. Introducir probetas 1018 por tiempo indicado (Tabla 1).4. Enfriar en movimientos circulares probetas en diferentes medios por tiempo

indicado (Tabla 2).5. Repita el procedimiento para las probetas 1045 y 1060.

ACEROTEMPERATURA DE

TEMPLE (°C)TIEMPO EN EL HORNO

(min.)

1018 925 301045 870 301060 900 30

Tabla 1. Temperaturas-Tiempo.

SOLUCIÓN INGREDIENTESTIEMPO DE

ENFRIAMIENTO (seg.)

Salmuera 1.2 Kg sal y 8 L agua 30

Agua fría 6 L agua y 6 Kg hielo 30

Agua templada 10 L agua 30

Aceite 8 L aceite 60

Tabla 2. Soluciones-Tiempo.

Resultados

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Observaciones y conclusiones

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Definimos temple como el tratamiento térmico del acero en el que se le confiere mayor dureza resistencia a la tracción y elasticidad, mediante un enfriamiento rápido en agua, aceite o una corriente de aire, tras haberlo calentado a temperaturas superiores a la crítica, transformando la austenita en martencita que es la microestructura de mayor dureza que puede alcanzar el acero. Pero un acero que sea demasiado duro se le tiene que aplicar otro tratamiento térmico complementario del temple llamado revenido (temple-revenido = bonificado) que consiste en calentar el metal que ha sido templado a una temperatura definida y dejarlo enfriar lentamente, se utiliza para a los metales las propiedades primitivas que se perdieron al ser templadas.

Los objetivos del bonificado son, dar dureza y resistencia a la tracción requerida según la necesidad y al mismo tiempo dar ductilidad y tenacidad para que tengan una óptima maquinabilidad. Si es un acero de balo porcentaje de carbono la dureza máxima que alcanza es baja y si tiene un alto porcentaje de carbono la dureza será increíblemente alta, esto es gracias a la cantidad de carbono que posee el acero.

Los tratamientos más comunes que se les aplica a los aceros son los ya mencionados, el recocido, el normalizado y el endurecimiento superficial o cementación.

PROBLEMA CAUSARuptura durante el enfriamiento Enfriamiento muy drástico.

Retraso en el enfriamiento.Aceite contaminado.Mala selección del Acero.Diseño inadecuado.

Baja dureza después del temple

Temperatura de temple muy baja.Tiempo muy corto de mantenimiento.Temperatura muy alta o tiempos muy largos.Descarburación del Acero.Baja velocidad de enfriamiento.Mala selección del acero (Templabilidad).

Deformación durante el temple Calentamiento disparejo.Enfriamiento en posición inadecuada.Diferencias de tamaño entre sección y continuas.

Fragilidad excesiva Calentamiento a temperatura muy alta.Calentamiento irregular.

DUREZAS

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Objetivo

Determinar la diferencia de dureza que se pueden conseguir mediante los diferentes medios de enfriamiento en el temple.

Aparatos y materiales utilizados

Durometro Rockwell.

Lija de agua.

Procedimiento

Primero se desbastaron con la lija de agua las superficies de las probetas en donde se realizó el ensayo de dureza. Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la probeta un indentador (cónico-esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la carga principal para sostener la carga total durante algún tiempo.

Después de ser retirada la carga principal y mantenido la previa, se observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, el valor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. Se ensayaron 12 probetas, cuatro de cada tipo de acero, en las que se realizó el temple y se enfriaron por diferentes medio (salmuera, agua con hielos, agua a temperatura ambiente y aceite).

Acero 1018

Acero 1045

Acero 1060

El indentador de diamante debe ser un cono con punta esférica altamente pulido.

El ángulo debe ser de 120° ± 30´. La punta debe ser una esfera de diámetro

nominal 0,200 mm.

1. Se selecciona el tipo de dureza de ensayo según la tabla de escalas de

dureza Rockwell.

Indentador Carga (kgf)

HRC Diamante 150

2. Las mediciones se realizaran de la siguiente manera.

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Se analizaran primero las cuatro pobretas del acero 1018.

Las siguientes serán las del acero 1045.

Por último las del acero 1060.

3. Si se desea realizar más de una vez la prueba en la misma pieza, la

separación entre huella y huella debe ser de 2.5 veces su diámetro.

Tablas de resultados

1018

Tipo de

enfriamientoSalmuera Agua fría Agua templada Aceite

Dureza HRC

1045

Tipo de

enfriamientoSalmuera Agua fría Agua templada Aceite

Dureza HRC

1060

Tipo de

enfriamientoSalmuera Agua fría Agua templada Aceite

Dureza

Observaciones y conclusiones

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ESTUDIO METALOGRÁFICO

Objetivos

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Estudiar las características micro estructurales de un elemento tratado

térmicamente mediante temple.

Aparatos y materiales utilizados

Maquina pulidora.

Lija de agua.

Alumina.

Nital (3% Acido nitrico, 97% etanol).

Microscopio metalográfico.

Procedimiento

1. Desbaste de las probetas con la lija de agua en la zona de estudio.

2. Pulido a apariencias de espejo mediante alúmina en la zona de estudio.

3. Preparación del nital, mezcla del 3% Acido nitrico, 97% etanol.

4. La zona de estudio de las probetas se sumergio en el nital durante 5

segundos.

5. La probeta se lavo y se seco.

6. Observación al microscopio de la probeta y realización de observaciones.

Tablas de observaciones

Acero 1018

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Probeta 1

Templada mediante salmuera

Probeta 2

Templada mediante agua fria

Probeta 3

Templada mediante agua templada

Probeta 4

Templada mediante aceite

Acero 1045

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Probeta 1

Templada mediante salmuera

Probeta 2

Templada mediante agua fria

Probeta 3

Templada mediante agua templada

Probeta 4

Templada mediante aceite

Acero 1060

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Probeta 1

Templada mediante salmuera

Probeta 2

Templada mediante agua fria

Probeta 3

Templada mediante agua templada

Probeta 4

Templada mediante aceite

Análisis de resultados

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1018:

1045:

1060:

BIBLIOGRAFÍA

Apraiz Tratamientos térmicos; editorial Dossat, edición 1974, Madrid España.

Temple del acero, editorial Aguilar, edición 1972, Madrid España. Tecnología de los oficios metalúrgicos, editorial Reverte, edición 1974,

Barcelona España.

ANEXOS

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