TRATAMIENTO TÉRMICO.Ingeniería en Materiales.

S.M.A.L

Tratamiento Térmico.

Caletamiento

Mantenimiento a

temperatura constante.

Enfriamiento

Metalografia.

La metalografía es la disciplina que estudia microscópicamente las características estructurales, composición, y propiedades de un metal o de una aleación.

.

Es posible determinar el tamaño de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La micro-estructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.

Importancia del Tratamiento termico.

• Es viable reconocer que a través de la implementación de los procesos de tratamientos térmicos, le dan la oportunidad al fabricante de conferirles propiedades de mayor consistencia al acero y a otros materiales. Siendo la evaluación fundamentada en las características precisas que se buscan en la pieza u objeto a fabricar.

Tramientos termicos modifican:La constitución al variar el estado en el que se encuentra el carbono y el estado alotrópico del hierro.

La estructura al variar el tamaño de grano y el reparto de los micro-constituyentes.

El estado mecánico queda afectado por las tensiones a que quedan sometidos los materiales luego de algunos tratamientos térmicos (temple).

Características Mecánicas• Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir

el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

• Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).

• Dureza: Es la resistencia que ofrece un material para dejarse penetrar.

Se mide en unidades BRINELL (HB), unidades ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV), etc. También puede ser definido como la capacidad

de un material de no ser rayado.

• Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro

material.

Estructura cristalina

Temperaturas normales.

En la estructura bcc esta eficiencia o

“factor de empaquetamiento” es de 68%, con 32% de

espacio vacío.

Temperaturas más altas.

En las estructuras fcc , 74% del espacio está ocupado por átomos y el resto, 26%, es espacio vacío.

Las estructuras fcc son más Densas o compactas.

Definición Hierro• Es uno de los

elementos metálicos más abundantes en el planeta.

• Constituye aproximadamente el 4.5% de la corteza terrestre. También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales, en las plantas, y además es un componente de la sangre.

Propiedades Fisicas.• El hierro puro es un metal blando de color blanco grisáceo. Su punto

de fusión 1.528 grados Centígrados y ebullición 2.735 grados Centígrados respectivamente.

• El hierro puro es maleable y dúctil y no endurece el amortiguamiento.• Es más magnético que cualquier otro metal y sus propiedades

magnéticas afectan incluso a una temperatura muy alta.• El hierro es un buen conductor del calor y de la electricidad.

Hierro Forjado.

Se caracteriza por el bajo contenido

de carbono

 (entre 0,05% y 0,25%), siendo una de las

variedades, de uso comercial, con más pureza en hierro

Hierro Fundido.

El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más

empleados . Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y

más de 1% de silicio, además de manganeso,

fósforo y azufre .

Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión es una medida de cuánto resiste una sustancia a la fuerza de aplastamiento.

El hierro forjado es el menos resistente a la compresión, El acero es el más resistente. El hierro fundido también se caracteriza por una fuerte resistencia a

la compresión, pero no es tan resistente como el acero.

Soldabilidad

Los metales que se pueden soldar más fácilmente se emplean para crear estructuras compuestas de múltiples secciones de metal.

El hierro forjado es el más fácil de soldar. El acero, que tiene un menor contenido de carbono, se puede

soldar, pero no es una tarea fácil. El hierro fundido no puede ser soldado.

Oxidación

Oxidación es otra manera de decir herrumbre. Cuanto más resistente sea un metal a la oxidación, más tiempo puede durar al aire libre. Entre los tres metales,:El acero se oxida más fácilmente, El hierro fundido es el más resistente a la oxidación.

Fragilidad

El metal frágil se rompe de repente y sin previo aviso.El hierro forjado es más dúctil y tiende a ceder lentamente, dando

señales de advertencia. El hierro fundido y el acero son metales altamente frágiles.

Estados alotrópicos del Hierro.

Hierro Delta.•Bcc•Liquido

Hierro Gama.•Fcc•Austenita.

Hierro Beta.•Bcc•No es magnético.

Hierro Alfa.• Bcc•Posee propiedades magnéticas. •Ferrita.

768ºC.

900ºC.

1400ºC

1539ºC.

Estado alotrópicos del Hierro.Transformación

Diagrama Hierro – Carbono.

En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden

los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de

los materiales diluidos.

Las Fases y microconstituyentes.

Austenita

Ferrita

Cementita

Perlita

•Microconstituyente de forma laminarformado por capas alternadas de ferrita y cementita.

•Elevada Dureza y resistencia mecanica•Su campo de existencia se situa por debajo de 723ºC

•Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%.

•Es Fe3C y contiene 6.67% C

•Es el Microconstituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc)

•Compuesto de elevada Dureza y Fragilidad.

•Es magnética a la temperatura ambiente pero pierde esta propiedad a 218°C

•Solución Solida de Fe(α) con C

•Presenta muy poca solubilidad en Carbono 0.0218% a 723ºC

•Se presentan a temperatura ambiente.

•Es mas dura, que la austenita, pero aun así la ferrita es el mas blando a temperatura ambiente•BCC•Tiene una dureza de 90 Brinell

• Una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%.

•Solución solida de Fe(γ) con C

• La maxima solubilidad de Carbono es de

2,11% a 1129%C

•No existe por debajo de 723%C

•FCC relativamente BLANDO

•Con una dureza de 300 Brinell.

•Resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 

•Un alargamiento del 30 %

• No es magnética.

Microconstituyentes.

Ledeburita

Bainita

Martencita

Es un constituyente de naturaleza eutéctica que se forma a temperatura constante: 1.145°C. Su composición química es fija con 4,3% de C. Está formada por un 52% de Cementita y un 48% de Austenita saturada de carbono.

Bainita superior: Es de aspecto arborescente, formada a 500-550°C. Las placas discontinuas de los carburos tienden a tener una orientación paralela a la dirección de las agujas de la propia bainita.

Bainita inferior: Tiene un aspecto acicular bastante parecido a la martensita, formada a 250-400°C. Estas pequeñas placas son paralelas entre si y su dirección forma un ángulo de 60° con el eje de las agujas de ferrita.

Esta formado por una solución sólida sobre saturada de carbono de hierro [γ] en hierro alfa [α] , y que se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde altas temperaturas.Es magnética y se aumenta su dureza, resistencia y fragilidad con el contenido en carbono [hasta un máximo de 0,09% aprox.]Su resistencia es de 170 a 250 Kp/mm². Su dureza es de 50 a 68 HRc (Rockwell – C).Su alargamiento es de 2,5 a 0,5%.

Las trasformaciones mas relevantes en el diagrama FE-C

Transformación Peritéctica.

Transformación Eutéctica

Transformación Eutéctoide

AT (1129ºc) L (4.3%C)↔ S.S.γ (2.11%C) + Fe3 C

AT (1495ºC) L(0.53%C) + S.S. δ(0.09%C)↔ S.S.γ (0.17%C)

AT (723ºC) S.S.γ(0.8%C)↔ S.S.α (0.02%C) + Fe3C

Curvas

Liquidus: Temperatura a la cual el líquido empieza a solidificarse bajo condiciones de equilibrio.

Solidus: Temperatura durante la solidificación de una aleación a la cual la última parte de la fase líquida se solidifica.

Solvus: En un diagrama de fase o de equilibrio, los puntos que representan las temperaturas a las que las diversas composiciones de las fases sólidas coexisten con otras fases sólidas, es decir, los límites de solubilidad sólida.

• Debido al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:

Aceros HIPOeutectoides, si su porcentaje de carbono es inferior al punto K (eutectoide), o sea al 0,89%.

Aceros HIPEReutectoides, si su porcentaje de carbono es superior al punto K.

Definiciones Acero

El acero es una aleación de hierro carbonoUn contenido de carbono entre el 0,03 y el 1,76 %, que contiene elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas específicas para su utilización en la industria.

Los productos férreos entre el 1,76 y el 6,67 % de carbono se denominan

Fundiciones de hierro.

Propiedades físicas• Las propiedades físicas del acero no se asemejan a sus elementos

de hierro y carbono.• Es alto en fuerza, bajo de peso, durable, flexible y resistente a la

corrosión.• Es altamente flexible, por lo tanto se puede moldear en cualquier

forma deseada.• Una de las propiedades más importantes del acero es la capacidad

de enfriarse rápidamente de una temperatura elevada cuando se expone al agua o al aceite.

• A diferencia del hierro, el acero no se oxida muy fácilmente sobre la exposición al agua y a la humedad.

Tipos de Aceros.

La microestructura consiste en ferrita

y perlita

Son relativamenteblandos y poco

resistentes pero con extraordinaria ductilidad

y tenacidad

Son de fácil mecanizado,

soldables y baratos.

Se utilizan para fabricar vigas, carrocerías de

automóviles, y láminas para tuberías edificios y puentes.

Aceros bajos en carbono. Constituye la mayor parte de todo el acero fabricado. Contienen

Menos del 0.25 % en peso de C

Tipos de Aceros.

Son más resistentes que los aceros bajos

en carbono pero menos

dúctiles y maleables.

Se suelen utilizar para fabricar cinceles, martillos, cigüeñales, pernos, etc.

Estos acerospueden ser tratados

térmicamente mediante austenización, temple y

revenido para mejorar laspropiedades mecánicas.

Aceros medios en carbono. Contienen entre el 0.25 y 0.60 % en

peso de C.

Tipos de Aceros.Aceros altos en carbono.Generalmente contienen

entre el 0.60 y 1.4 % en peso de C.

Son másduros y resistentes (y menos dúctiles)

que los otros aceros al carbono.

Casi siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido que lo hacen muy resistentes al desgaste y capaces de adquirirla forma de herramienta de corte.

Por ejemplo, cuchillos, navajas, hojas desierra, corta tubos, troqueles, herramientas de torno, muelles e hilos e alta

resistencia.

Tipos de tratamiento térmico.

Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

TempleRevenidoRecocidoNormalizado

Tratamiento Temple.Objetivo.

• Fortalecer el acero endurecido y aumenta su resistencia mecánica, disminuir la plasticidad y la tenacidad el materia a menudo es revenido para reducir la fragilidad que puede aumentar por el rápido enfriamiento, todo esto gracias a la estructura martensitica

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 martensita, que es el constituyente típico de los aceros templados.

Medios de enfriamiento.ACEITES.Se usan casi exclusivamente

los aceites minerales, el calor especifico, punto de

ebullicion calor evaporacion conductividad termica y

viscosidad juegan un papel importante, estos aceites

son liquidos traslucidos cuyo color puede cambiar con el

uso ocureciendose y haciendose mas espeso

2 tipos de aceites :• Temple en frio entre 30° 60°• Temple en calientes entre 100° y 130°

AGUA Y SOLUCIONES

ACUOSAS.Cuando se templa en

agua pura son frecuente los defectos de aparecion de puntos blanco por los

gases disueltos en el agua.

SALES Y METALES

FUNDIDOS.Lastemperaturas de los baños dependen del uso y se encuentran generalmente entre los 200° y 600° para temperatura hasta 500° a 550°Se emplean mezclas de nitratos y nitritos alcalinos para mas de 550 se usas salen exentas de nitritos.

GASES.Los aceros para

herramientas de alta aleacion y los rapidos que tiene velocidad

critica de enfrentamiento pequeña.Templan

uncluso con un chorrode aire a presion, para mucho aceros basta

enfriar con aire tranquilo para que se forme

artensita.

Tratamiento RecocidoEl recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío.

(Enfriamiento en el horno).

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, seguido de un enfriamiento lento.

• 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.

Tratamiento Revenido

Tratamiento 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%).

Tratamientos Especiales.

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se

producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad

determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales

CEMENTACION

NITRURACION

CIANURACION.

Curva Tiempo-Temperatura-Transformación

La curva TTT muestra cómo la velocidad de enfriamiento afecta la transformación de austenita [γ] en varias fases posibles.

Las fases se pueden dividir en:

1) A velocidades lentas de enfriamiento se transforma en Ferrita [α] y Cementita [Fe3C] o perlita [α +Fe3C].

2) A velocidades rápidas de enfriamiento se transforma en Martensita [α+γ].

Conclusión Tratamiento termico.

El acero es un material indispensable en la civilización actual , la mayor parte de la industria esta basada en la fabricación y transformación del acero.

Gracias