Materia: Tratamientos Térmicos

Carrera: Ingeniería En Materiales

Trabajo: Resúmenes

Maestro: Miguel Ángel López Navarrete

Alumno: Javier Ramírez López

Carlos Omar Vázquez Espitia

Fecha: 21 de septiembre de 2015

Calificación: __________

HORNOSHornos Tipo Batch Versus Tipo ContinuoUn Horno tipo Batch se refiere a uno que se carga y se cierra para que cumpla un ciclo de calentamiento preestablecido. Después de completado el ciclo de calentamiento, la carga puede enfriarse en el horno a una velocidad determinada, o extraerse para enfriarla al aire o en un medio de temple. El horno de la figura 8.3 es un horno de base corrediza con capacidad para cientos de toneladas. Las piezas a tratar se posicionan en el carro sobre riel; éste se empuja hacia el hogar del horno y se cierra una puerta alzable para comenzar el ciclo. Una variación de este horno es el horno de base corrediza con elevador, en el cual el cuerpo del horno puede levantarse mientras se posiciona la base.

Hornos de Baño LíquidoEl calentamiento por inmersión de las piezas en un líquido representa un concepto totalmente diferente a los hornos de atmósfera gaseosa. Una práctica antigua era la de sumergir la pieza en un metal líquido (usualmente plomo). Esta práctica utilizada fundamentalmente con aceros ha sido desplazada por el uso de sales fundidas debido a que el plomo es muy denso, por lo cual las piezas tienden a flotar, y además el plomo se adhiere a la superficie del acero dificultando algunos tratamientos (como el temple) e imponiendo problemas de limpieza.

Los baños de sales fundidas se utilizan como un medio eficiente de calentar metales, principalmente aceros, aunque algunas composiciones son compatibles con metales y aleaciones no ferrosas. Las sales fundidas ofrecen varias ventajas: (1) los distintos tipos de sales ofrecen en conjunto un rango de operación de 175°C a 1260°C; (2) la superficie de las piezas queda totalmente protegida; (3) para el caso del temple, este se ve facilitado gracias a que una delgada película de sal permanece en la superficie durante la transferencia desde el horno al medio

de temple; (4) Existe una amplia variedad de sales, incluyendo las que pueden cambiar la condición superficial del acero.Hornos de Lecho FluidizadoEl enfoque más reciente para calentar metales es la utilización de un lecho fluidizado. Este calentamiento se lleva a cabo en un lecho de partículas inertes, usualmente óxido de aluminio. Las partículas se encuentran suspendidas por la combustión de una mezcla combustible/aire que fluye hacia arriba a través del lecho. Los componentes se encuentran inmersos en este lecho fluidizado como si fuera un líquido y se calientan por la acción del lecho fluido caliente. Las velocidades de transferencia calórica en un lecho fluidizado son hasta diez veces superiores a las alcanzadas en hornos convencionales de calentamiento directo. También son mayores que las obtenidas en baños de sales. La combinación de una alta transferencia calórica, excelente capacidad térmica, y uniformidad de comportamiento sobre un amplio rango de temperaturas provee de un baño de temperatura constante para muchas aplicaciones. Adicionalmente, las partículas del lecho no se adhieren a las piezas, de modo que no hay problemas de limpieza, ni hay arrastre de partículas fuera del lecho, en comparación al arrastre constante (y necesidad de rellenado) de sal desde un baño de sales. Esto puede significar un factor de costo favorable al uso del lecho en tratamientos térmicos. En realidad, los lechos fluidizados pueden adaptarse a todo tipo de tratamientos, tanto en materiales ferrosos como no ferrosos.Aunque el tratamiento térmico en lecho fluidizado fue patentado en 1950, su uso se veía restringido por el hecho de que sólo se podía calentar los lechos por medios eléctricos, haciendo difícil e ineficiente el calentamiento sobre 700 °C. Con la introducción de lechos calentados por combustible, que utilizan una mezcla gas/aire como medio de calentamiento y fluidización a la vez, se dispone ahora de hornos que realizan todos los tratamientos estándares.

Hay dos tipos de lechos fluidizados: de calentamiento interno para aplicaciones de alta temperatura (750 a 1200 °C) y de calentamiento externo para temperaturas inferiores a 750 °C.En el lecho calentado internamente (figura 8.8a), se mezclan el combustible y el aire en proporciones casi estequiométricas, y pasan a través de una placa cerámica porosa sobre la cual se fluidizan las partículas en la corriente gaseosa. Esta corriente imparte energía térmica a las partículas del lecho que a su vez la imparten al objeto en tratamiento. El lecho fluidizado se mantiene dentro de un contenedor cerámico o de metal. La mezcla combustible se enciende inicialmente en la parte superior; el frente de llama se mueve gradualmente hacia abajo hasta estabilizarse a unos 3 cm. sobre la placa cerámica. Esta placa de distribución asegura propiedades uniformes dentro del lecho.En el lecho calentado externamente (figura 8.8b), un quemador con aire en exceso realiza la combustión en una cámara de pleno, sobre la cual el lecho fluidizado es soportado por una placa cerámica porosa. El lecho es fluidizado por los productos de combustión provenientes de la cámara de pleno.

Hornos de Vacío.Se ha listado previamente al vacío como una de las atmósferas gaseosas utilizables en tratamientos térmicos. Sin embargo, es válido clasificarlos en forma separada ya que mientras que, en general, los distintos tipos de hornos se pueden adaptar a una o más atmósferas, el vacío requiere de hornos específicamente diseñados para su uso, independientemente de que puedan también usar otras atmósferas, como argón, nitrógeno o hidrógeno.Resulta virtualmente imposible alcanzar un vacío total (absolutamente nada del aire original) en los hornos al vacío. Una atmósfera estándar a nivel del mar es igual a 760 mm de mercurio. El nivel de vacío usado en la mayoría de los tratamientos es de aproximadamente 1/760 de una atmósfera. Bajo estas condiciones, la cantidad del aire original remanente es de aproximadamente un 0,1%. Este vacío se puede alcanzar mediante bombeo con una bomba mecánica. Cuando se requieren vacíos superiores a ese (menos del 0,1%), al bombeo mecánico lo sigue el uso de la altamente sofisticada bomba de difusión.Para evitar la pérdida de resistencia de las paredes debido a las elevadas temperaturas (lo que haría al horno susceptible de sufrir una implosión bajo vacío), éstas son refrigeradas por agua. La figura 8.9 muestra cortes lateral y transversal de un modelo de horno de pared fría. Este horno de tres cámaras incluye un vestíbulo de carga (izquierda en el corte lateral), una cámara de calentamiento (centro), y un sistema con elevador para temple. Los hornos al vacío se calientan por resistencia eléctrica, usualmente con elementos de grafito o tungsteno.

Hornos eléctricosLa idea de la construcción de hornos eléctricos comenzó a tomar forma a mitad del siglo XVIII. Su utilización efectiva a escala industrial se inició solamente después de 1900, obteniéndose su máxima aceptación después de la 2ª Guerra Mundial, cuando la energía eléctrica comenzó a disminuir de precio tornándose competitiva con los combustibles tradicionales.

i) Ventajas y Desventajas del Calentamiento EléctricoVentajas:

a) Eficiencia: El coeficiente de conversión de electricidad en calor es prácticamente 100%, lo que no ocurre con el uso de combustibles comunes, donde parte de la energía es consumida en el calentamiento del aire y de los gases calientes que son expulsados a la atmósfera.

b) Limpieza: No hay contaminación por los productos de combustión. No hay chimeneas, gases, suciedad, polvos o cenizas en hornos a resistencia o inducción.

c) Facilidad de Control: el control de la calidad de calor suministrado al sistema es mucho más simple y más preciso que en cualquier otra forma de calentamiento.

d) Control de la Temperatura: mucho más exacto.

e) Altas Temperaturas: facilidad de obtención de altas temperaturas imposibles de conseguir económicamente en otros hornos.

Desventajas:a) Alta inversión inicialb) Necesita mano de obra calificada.

ii) Uso del Calentamiento Eléctrico

Se utiliza calentamiento eléctrico cuando el proceso exige características especiales como:- Altas temperaturas.- Extrema precisión del control de las temperaturas.- Total ausencia de contaminantes en el baño metálico.

Clasificación de los Hornos EléctricosLos varios tipos de hornos eléctricos usados actualmente en las industrias metalúrgicas pueden clasificarse como sigue:

1) Hornos de Resistenciaa) Hornos de resistencia no metálica y de electrodo radiante (figura 8.10a)b) Hornos de resistencia metálica (figuras 8.10b y 8.10c).

2) Hornos de Arcoa) Hornos de arco directo monofásicos (figura 8.11a) y trifásicos (figura 8.11b).b) Hornos de arco indirecto monofásicos (figura 8.11c).

3) Hornos de Induccióna) Hornos de inducción con núcleo magnético (figura 8.12a).b) Hornos de inducción sin núcleo magnético (figura 8.12b).

1) Hornos de ResistenciaSe definen como hornos de resistencia aquellos que utilizan el calor disipado por efecto Joule en una resistencia ohmica, que puede estar constituida por la carga misma a ser calentada (hornos de calentamiento directo) o por resistencias adecuadas independientes de la carga (hornos de calentamiento indirecto), por las cuales circula corriente eléctrica.

En los hornos de calentamiento directo, el material se coloca entre dos electrodos (en contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y calentándose. Entre otras, estos hornos encuentran aplicación en la fabricación de electrodos de grafito, en el tratamiento térmico de metales y en hornos de sales para la cementación de aceros.En los hornos de calentamiento indirecto, el material es calentado por radiación, por convección y/o por conducción mediante resistencias colocadas de forma adecuada. La carga a calentar y las resistencias se encuentran contenidas en una cámara aislada térmicamente por medio de materiales refractarios y aislantes.

En la figura 8.13 se destacan los elementos principales de un horno de resistencia de calentamiento indirecto y el curso del flujo térmico.

2) Hornos de ArcoEn este tipo de hornos se forma un arco voltaico entre dos electrodos o entre el electrodo y la carga a fundir. El flujo de la corriente eléctrica se da a través del aire ionizado y las partículas de carbono que volatilizándose por la alta temperatura, 3500 °C, forman un plasma proporcionando, de esta forma, el arco voltaico.Existen dos tipos de horno de arco: horno de arco indirecto y horno de arco directo

2a) Horno de Arco Indirecto (electrodo x electrodo): En estos hornos el calentamiento directo es por radiación. Los hornos pueden ser del tipo Basculante rotativo o Basculante oscilante, siendo el más común el oscilante. Debido al esfuerzo de flexión y choques mecánicos a que están sujetos los electrodos, estos hornos tienen una capacidad limitada a un máximo de 2000 Kg. carga sólida a 4000 Kg. carga líquida.

2b) Horno de Arco Directo (electrodo x baño x electrodo): Son los hornos de arco más usados en la industria del acero y fundición. Existen dos tipos:

1) Hornos Básicos: Son los más importantes y los más usados en la fabricación de aceros de calidad. La solera es de magnesita y dolomita.

2) Hornos Ácidos: Se utilizan en la producción de fundiciones y aceros comunes. La solera es de sílice.

En la figura 8.18 se muestra un horno trifásico.

3) Hornos de inducción

3a) Hornos de Inducción sin Núcleo

La circulación de la corriente eléctrica en cualquier conductor genera un campo electromagnético a su alrededor. En el caso que este conductor tenga forma de bobina (solenoide), el campo electromagnético generado tendrá la configuración de la figura 8.20a, o sea, concentrado y con sentido único en el interior de la bobina, mientras que en el lado externo tiene tendencia a dispersarse.

Si en el interior de esta bobina existe un núcleo de material metálico, éste será sede de corrientes parásitas (corrientes de Foucault), las cuales lo calientan. Ver figura 8.20b.Para evitar que haya sobrecalentamiento de las estructuras metálicas externas a la bobina por la acción del campo electromagnético disperso, la bobina es circulada por núcleos constituidos de acero al silicio que conducen el campo externo evitando su dispersión y actuando como blindaje. La figura 8.20c muestra esta configuración.

Colocando en el interior de la bobina, en vez de la pieza metálica de las figuras anteriores, un crisol de material refractario con una carga metálica, se puede aumentar la potencia de la bobina al punto de que las corrientes inducidas fundan esa carga. La figura 8.20d muestra el conjunto del crisol con el metal circundado por la bobina y los núcleos de acero al silicio.Se puede decir que la bobina actúa como el primario de un transformador y el sólido metálico en su interior representa el secundario. Las transformaciones de energía en este tipo de horno son:

- en el primario: de energía eléctrica en magnética.- en el secundario: de energía magnética en eléctrica y, finalmente, de energía eléctrica en calor.

El calentamiento por inducción utiliza las propiedades del campo magnético para la transferencia de energía eléctrica en energía calorífica, sin recurrir al contacto

directo. La bobina de los hornos de inducción es de cobre. Se consigue un mayor rendimiento en la fusión del material, producto del campo eléctrico, cuanto más delgada sea la pared refractaria. Debido a esto, la bobina debe ser refrigerada internamente con agua. La temperatura de la bobina no debe pasar los 45 °C, ya que a los 60 °C se favorece la formación de incrustaciones que tienden a cerrar los canales.La intensidad de las corrientes inducidas es función de la potencia de la bobina, que a su vez es proporcional al volumen de material a ser fundido.La frecuencia de alimentación de la bobina es uno de los parámetros importantes de los hornos a inducción, cuya definición está íntimamente ligada a la aplicación del horno.

Hornos de crisol.El horno de crisol es un equipo utilizado principalmente para la fusión de metales no ferrosos. En este equipo el metal a ser fundido se encuentra en el interior de un crisol fabricado de grafito o carburo de silicio. Este crisol se posiciona en el interior de la cámara de combustión cilíndrica, que a su vez está formada internamente por un revestimiento refractario y externamente por una carcasa de chapa de acero, como lo esquematiza la figura 8.23. El revestimiento refractario normalmente se confecciona a partir de ladrillos especiales y posee la finalidad de resistir el elevado calor existente en el interior de la cámara de combustión, mientras que la carcasa tiene la finalidad de sustentar todo el conjunto. El interior de la cámara de combustión debe ser perfectamente cilíndrico para permitir la distribución uniforme del calor.

El crisol se posiciona en el centro de la cámara de combustión y se apoya sobre un pedestal, también confeccionado a partir de material refractario. Sobre el horno existe una tapa para evitar las pérdidas de calor e impedir la salida libre de la llama.

Otra característica importante es que el metal prácticamente no entra en contacto con la fuente de calentamiento (hecho por vía indirecta), y por esto, está sujeto a poca contaminación.

ATMOSFERALas atmósferas preparadas importantes comerciales han sido clasificados por la asociación americana de gases en seis grupos en base al método de preparación o a los constituyentes originales empleados estos principales grupos son designados y definidos de la siguiente manera:

CLASE 100 BASE EXOTÉRMICO; formada por la combustión parcial o completa de una mezcla de gas- aire el vapor de agua puede ser removida para producir un punto de congelación deseada.

CLASE 200 BASE DE NITRÓGENO PREPARADO; una base exotérmica con dióxido de carbono y vapor de agua removido.

CLASE 300 BASE ENDOTÉRMICO. Formada por una reacción parcial de una mezcla de combustible gas y aire en una cámara con un catalizador sellada y calentada externamente.

CLASE 400 BASE DE CARBÓN VEGETAL; formado por una corriente de aire que pasa a través de una cama de carbón vegetal incandescente.

CLASE 500 BASE EXOTÉRMICA-ENDOTÉRMICA; formada por una combustión completa de una mezcla de gas y aire, removiendo el vapor de agua y la formación cíclica de dióxido de carbono a monóxido de carbono por medio de la

reacción con el combustible gas en una cámara con un catalizador sellada y calentada externamente.

CLASE 600 BASE DE AMONIACO; esta puede consistir de amoniaco cuando el amoniaco disociado, o el amoniaco llevado a la combustión de una forma total o parcial con el punto de congelación regulado.

Tratamiento térmico

El Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento y enfriamiento para efectuar cambios estructurales en los metales y aleaciones en estado sólido, además de algunos ceramicos, los cuales modifican sus propiedades mecánicas. El objetivo de los tratamientos térmicos es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. No modifican la composición química de los materiales, pero si otros factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometría, y como consecuencia las propiedades mecánicas. Se pueden realizar Tratamientos sobre una parte o la totalidad de la pieza en uno o varios pasos de la secuencia de manufactura. En algunos casos, el tratamiento se aplica antes del proceso de formado (recocido para ablandar el metal y ayudar a formarlo más fácilmente mientras se encuentra caliente). En otros casos, se usa para aliviar los efectos del endurecimiento por deformación. Finalmente, se puede realizar al final de la secuencia de manufactura para lograr resistencia y dureza.

ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Un tratamiento térmico consta de tres etapas que se presentan a continuación: • Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevación de temperatura debe ser uniforme en la pieza. • Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede considerarse suficiente una permanencia de unos 2 minutos por milímetro de espesor. • Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice.

TIPOS DE TRATAMIENTOS TÉRMICOSComo fue mencionado antes, una de las formas de clasificación de los tratamientos es de acuerdo a la forma como es enfriada la pieza, así, los tratamientos pueden ser divididos en continuos e isotérmicos.

Tratamientos continuos De estos tratamientos se distinguen básicamente cuatro tipos: recocido, normalizado, temple y revenido. Estos tratamientos se inician con la etapa de calentamiento hasta que la pieza a tratar alcance la temperatura a partir de la cual se hará· el enfriamiento, seguido por un tiempo de sostenimiento a esa temperatura y finalmente se le hace un enfriamiento adecuado.

TEMPLE:

El Temple es un tratamiento térmico que tiene por objetivo aumentar la dureza y resistencia mecánica del material, transformando toda la masa en Austenita con el calentamiento y después, por medio de un enfriamiento brusco (con aceites, agua o salmuera), se convierte en Martensita, que es el constituyente duro típico

de los aceros templados.

En el temple, es muy importante la fase de enfriamiento y la velocidad alta del mismo, además, la temperatura para el calentamiento óptimo debe ser siempre superior a la crítica para poder obtener de esta forma la Martensita. 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. Generalmente se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente.

REVENIDO:

El Revenido es un tratamiento complementario del Temple, que generalmente prosigue a éste. Después del Temple, los aceros suelen quedar demasiados duros y frágiles para los usos a los cuales están destinados. Lo anterior se puede

corregir con el proceso de Revenido, que disminuye la dureza y la fragilidad excesiva, sin perder demasiada tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Es muy importante aclarar que con la realización del proceso de Revenido no se eliminan los efectos del Temple, solo se modifican, ya que se consigue disminuir la dureza y tensiones internas para lograr de ésta manera aumentar la tenacidad.

RECOCIDO:

Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento.

El Recocido se realiza principalmente para:

• Alterar la estructura del material para obtener las propiedades mecánicas deseadas, ablandando el metal y

mejorando su maquinabilidad.

• Recristalizar los metales trabajados en frío.

• Para aliviar los esfuerzos residuales.

Las operaciones de Recocido se ejecutan algunas veces con el único propósito de aliviar los esfuerzos residuales en la pieza de trabajo causadas por los procesos de formado previo. Este tratamiento es conocido como Recocido para Alivio de Esfuerzos, el cual ayuda a reducir la distorsión y las variaciones dimensiónales que pueden resultar de otra manera en las partes que fueron sometidas a esfuerzos.

Se debe tener en cuenta que el Recocido no proporciona generalmente las características más adecuadas para la utilización del acero. Por lo general, al material se le realiza un tratamiento posterior con el objetivo de obtener las características óptimas deseadas.

NORMALIZADO:

El normalizado es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue

sometido a trabajos de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple.

El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados centígrados por encima de la temperatura crítica superior, tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipoeutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme.

Con esto se consigue una estructura perlítica con el grano más fino y más uniforme que la estructura previa al tratamiento, consiguiendo un acero más tenaz. Es lo que llamamos perlita fina (observar un diagrama TTT, de la fase austenita y posteriormente realizar una isoterma a una temperatura determinada).

Factores que influyen

La temperatura de cristalización no debe sobrepasar mucho la temperatura crítica.

El tiempo al que se debe tener la pieza a esta temperatura deberá ser lo más corto posible.

El calentamiento será lo más rápido posible. La clase y velocidad de enfriamiento deberán ser adecuados a las

características del material que se trate.

Tratamientos termoquímicos de endurecimiento superficial

Hay piezas que conviene endurecerlas solo en la superficie para que resistan el degaste, pero su interior debe ser más blando para resistir impactos. Para lograr esto existen varios procedimientos de uso habitual tales como: 1. Cementación 2. Carbonitruración 3. Nitruración 4. Nitruración iónica 5. Temple por inducción 6. Temple superficial por soplete o a la llama

CEMENTACIÓN:Es el proceso por el cual se incorpora carbono en la capa superficial del acero. Con ello se logra una superficie de alta dureza que le proporciona resistencia al desgaste después de un temple, y aumenta el límite de fatiga.La profundidad de capa debe ser tal que no se produzcan deformaciones permanentes en ella. Por lo tanto, será tanto mayor (de 0.8 al 4 mm.) cuanto más grande sea el esfuerzo a que está sometida la misma. Si sólo se requiere resistencia al desgaste, se usan capas de baja profundidad (0.1 a 0.5 mm.).

La cementación se realiza a temperatura superior a Ac3 (900 a 950º C) de modo que el carbono difunde en la red cristalina del hierro ; cuando se alcanza el límite de saturación de la austenita, en la superficie se puede formar una capa de cascarilla. Pero esto se observa raramente; en las condiciones normales, durante la cementación sobre Ac3 se forma sólo austenita, y, luego del enfriamiento lento, los productos de su transformación (ferrita y cementita).

El tratamiento completo de cementación varía de un acero a otro, por ello existen varios procedimientos, uno de los cuales es:

Normalizado, previo a la cementación Cementación, a temperaturas entre 850 y 950°C Temple.

Existen tres tipos de temple: En agua, los de la serie 10XX y 11XX En aceite, la gran mayoría, como por ejemplo los de las serie 15XX, 40XX,

4118, 4320 Los de enfriamiento lento, como son los 4320, 48XX, 4720, 8822.

Calentamiento adicional: en un intervalo de 790 a 870°C, para producir difusión adicional del C y la redistribución de carburos. Temple en agua o aceite Revenido, a temperaturas que oscilan entre 120 y 180°C

CARBONITRURACIÓN:Es un tipo de tratamiento térmico superficial del acero, englobado dentro de los procesos de cementación gaseosa, en el que se suministra carbono y nitrógeno a la superficie de una pieza de acero para proporcionarle las características de dureza deseada. Concretamente es un tratamiento termoquímico, a medio camino entre la cementación o carburación (adición de carbono) y la nitruración (adición de nitrógeno).La carbonitruración busca un endurecimiento superficial del acero mediante el enriquecimiento simultáneo con nitrógeno y carbono. Se realiza con aceros de bajo contenido al carbono (tenaces y resistentes a la fatiga) obteniendo así piezas con superficies de una elevada dureza y resistencia al desgaste, pero que a su vez conservan un núcleo tenaz.

Las principales ventajas aportadas por el nitrógeno son:-Un aumento de la dureza sin la necesidad de realizar capas de tanto espesor con el caso de la cementación. Esto permite también que el tiempo del proceso de carbonitruración sea menor.-Una disminución de la velocidad critica de enfriamiento en el proceso de temple (velocidad mínima de enfriamiento para que se produzca el paso de austenita a martensita). Esto permite un enfriamiento más lento, y en consecuencia una menor distorsión de la pieza. También permite el uso de aceros con una

menor templabilidad, que al ser más baratos hacen que el proceso sea más económico.-Un aumento de la temperatura de revenido, lo que permite que las piezas trabajen a una temperatura en servicio más elevada.

En cuanto a sus inconvenientes, el nitrógeno estabiliza la austenita dificultando su paso martensita. A causa de ello se necesitarán temperaturas de revenido más altas o tiempos de permanencia mayores para su transformación.

NITRURACIÓN:Es un proceso para endurecimiento superficial de aceros aleados en una atmosfera constituida por una mezcla en proporciones adecuadas de gas amoníaco y amoníaco disociado. La efectividad de este proceso depende de la formación de nitruros en el acero por la reacción del N con ciertos elementos de aleación, principalmente Al, Cr y Mo. El N difunde en el acero y forma nitruros complejos. Las piezas que se nitruración se colocan en un recipiente hermético a través del cual se proporciona continuamente la atmosfera de nitruración, mientras que la temperatura se eleva y mantiene sobre los 500ºC. Se efectúa en hornos estancos calentados entre 500 y 550°C, en los cuales se genera una circulación de amoníaco. Por lo general es conveniente rectificar la pieza luego de la nitruración. Se obtienen capas de 0,1 a 0,5 mm de espesor y de alta dureza, 70 HRC. El proceso toma largo tiempo, (20 a 60 hrs) y depende de la profundidad de la superficie dura deseada. Las propiedades logradas con este tratamiento son: 1. Resistencia al desgaste 2. Resistencia a la corrosión 3. Escasa deformación. 4. Aumento del límite de duración a la fatiga a causa de una cierta compresión superficial producida

NITRURACIÓN IÓNICA:En este tipo de nitruración se usa una corriente eléctrica para ionizar el gas nitrógeno a baja presión en vacío. Los iones sonAcelerados hacia la pieza nitratada por un potencial eléctrico, la pieza se calienta por el choque de iones, los que además son fuente de nitrógeno. El proceso es un 30 a 50% más rápido que la nitruración convencional.Lo utilizan para mejorar la resistencia al desgaste, corrosión y fatiga de elementos mecánicos tales como: Matrices de inyección, de forja y de extrusión; válvulas; engranajes; cigüeñales y piezas de precisión en general.

TEMPLE POR INDUCCIÓN:

Consiste en exponer la pieza de acero a un campo magnético alterno, el cual penetra el calor superficialmente (efecto pelicular).

Cuanto mayor es la frecuencia de trabajo, menor es la penetración sobre la pieza. La energía del campo magnético se transforma en calor (efectos de histéresis y corrientes de Foucault sobre materiales ferromagnéticos),

aumentando la temperatura de la superficie de la pieza hasta llegar en pocos segundos a la temperatura de templado (900ºC aprox.).

Cuando sobrepasa determinada temperatura (Temperatura de Curie) el material pierde las propiedades ferromagnéticas y deja en gran medida la producción de calor.

Llegado a este punto se elimina el campo magnético y se enfría la pieza de diversas maneras (corrientes de aire, agua, soluciones acuosas, aceite, y otros) controlando de esta manera la velocidad de enfriamiento. A mayores velocidades se obtienen mayores durezas.

Las piezas de aceros endurecidas mediante este procedimiento sufren menor distorsión total que si se las hubiese templado luego de calentarlas en un horno. La microestructura del acero antes del templado por inducción es importante para determinar el ciclo de calentamiento que se utilizar·, así por ejemplo, las estructuras que después del templado y revenido tienen carburos pequeños y uniformemente dispersos se autentican más fácilmente, pudiéndose obtener superficies endurecidas de poca profundidad y de máxima dureza superficial mediante grandes velocidades de calentamiento

Entre las ventajas de este proceso podemos destacar el hecho que no necesita de personal especializado para su operación debido a que es un proceso prácticamente automático. Entre las desventajas resaltan el alto costo del equipo, el alto costo de mantenimiento y el hecho que no es económico si se desean endurecen pocas piezas.

TRANSFORMACION AUSTENITA - MARTENSITA

En un acero eutectoide se produce martensita cuando el enfriamiento es tan rápido que se evita la nariz de la curva de transformación (TTT), la transformación de la austenita se realiza con fuerte desequilibrio bajo 220°C, Figura 3.7-1.

La martensita en una estructura metaestable consistente en una solución sólida supersaturada de carbono en .

Características de la Martensita

a. El tipo de martensita depende del contenido de C del acero, Figura 3.7-2:

%C < 0,6 Martensita en "tablas"

0,6 < %C < 1,0 Mixta

1,2 < %C Martensita en agujas

b. La martensita se produce sin difusión, como la reacción ocurre rápidamente y a tan baja temperatura no hay tiempo para que la difusión actúe. La transformación no requiere superar mediante activación térmica una barrera de energía, por lo tanto se llama transformación atérmica.

c. No hay cambios de composición en el paso de austenita a martensita, no originandose una migración de los átomos de carbono.

b. La estructura cristalina cambia de FCC, austenita, a BCT, martensita, Figura 3.7-3 (a). La tetragonalidad se debe al carbono interticial y el grado de tetragonalidad depende del % de carbono del acero, como se ve en la Figura 3.7-3 (b). El cambio volumétrico producto de ésta transformación, FCC a BCT, puede producir fallas en la pieza final

b. La martensita comienza a formarse a una temperatura característica de cada acero, Ms. El % de martensita formado dependerá de cuánto haya descendido la temperatura por debajo de Ms, hasta llegar al 100 % de transformación a la temperatura Mf. Mientras mayor sea el avance entre Ms y Mf, mayor será el grado de transformación de la austenita en martensita. Así, si se desiende levemente bajo la temperatura Ms , como por ejemplo a T1, Figura 3.7-1, la cantidad de martensita formada será pequeña, (20%), y la no transformada será austenita retenida, (80%), pudiendose llegar eventualmente a martensita pura, (100% de martensita), si la temperatura es suficientemente baja, i.e. igual a Mf.

c. A temperatura ambiente, muchos aceros mantienen aún austenita retenida, ya que su Mf está por debajo de la temperatura ambiente, Figura 3.7-4.

Un incremento en el % de C baja la temperatura de formación de la martensita, Ms.

TRANSFORMACION AUSTENITA – BAINITA

Si un acero eutectoide se enfría rápido desde la temperatura austenítica hasta una temperatura intermedia que puede estar entre 250 y 550°C y se deja transformar isotérmicamente, la microestructura obtenida se denomina bainita, Figura 3.6-1.

La bainita puede definirse según su microestructura como el producto de una reacción eutectoide no laminar, en oposición con la perlita la cual es producto de una reacción eutectoide laminar. Dado que la transformación se realiza a menor temperatura que la perlítica, la bainita pierde la característica laminar de ésta y tiende a tomar forma de agujas, (en una vista plana), en las cuales se entremezclan las fases: + Fe3C

La bainita formada entre 350 y 550°C, Figura 3.6-2, se llama bainita superior o plumosa, en ella la cementita esta más bien en forma de barras que de placas. Estudios han mostrado que la ferrita y la cementita nuclean independientemente y que el elemento que controla el crecimiento de la bainita superior es la difusión del carbono en la austenita. El crecimiento de la ferrita y de la cementita es cooperativo, la primera rechaza el carbono que es recibido por la segunda, Figura 3.6-5 y 3.6-6.

La bainita inferior se produce por transformación isotérmica entre 250 y 350°C. Debido a que la difusión del carbono es baja a esta temperatura, la cementita precipita internamente en las placas de ferrita. A diferencia de lo que sucede en la martensita en la cual los carburos precipitan en 2 ó más direcciones, en la bainita inferior la precipitación de carburos tiene una orientación predominante en la cual las plaquitas de Fe3C forma 55° con el eje longitudinal de la aguja de ferrita. En la formación de bainita inferior, la ferrita se produce a partir de la austenita por desplazamiento de corte y luego precipita la cementita al interior de la ferrita, Figura 3.6-3 y Figura 3.6-4.