Tratamientos térmicos

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Tratamientos térmicos Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y condiciones determinadas, a que se someten los aceros y otros metales y aleaciones para darles características más adecuadas para su empleo. Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composición química. Objetivos Mejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de tipo mecánico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para, posteriormente, conformar el material. Es proporcionar a los materiales unas propiedades específicas adecuadas para su conformación o uso final. 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. 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. Clasificación de tratamientos térmicos Tratamientos sin cambio de composición Recocido

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Tratamientos trmicosLos tratamientos trmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y condiciones determinadas, a que se someten los aceros y otros metales y aleaciones para darles caractersticas ms adecuadas para su empleo. Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composicin qumica.ObjetivosMejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de tipo mecnico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para, posteriormente, conformar el material.Es proporcionar a los materiales unas propiedades especficas adecuadas para su conformacin o uso final. No modifican la composicin qumica de los materiales, pero si otros factores tales como los constituyentes estructurales y la granulometra, y como consecuencia las propiedades mecnicas.Etapas del tratamiento trmico Un tratamiento trmico consta de tres etapas que se presentan a continuacin: Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevacin de temperatura debe ser uniforme en la pieza. Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa transformacin del constituyente estructural de partida. Puede considerarse suficiente una permanencia de unos 2 minutos por milmetro de espesor. Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado en funcin del tipo de tratamiento que se realice.Clasificacin de tratamientos trmicosTratamientos sin cambio de composicin Recocido Es un tratamiento trmico que normalmente consiste en calentar un material metlico a temperatura elevada durante largo tiempo, con objeto de bajar la densidad de dislocaciones y, de esta manera, impartir ductilidad. Es un tratamiento parecido al normalizado, pero efectuado de manera que resulte el mayor ablandamiento posible.

Objetivo: Se emplea para obtener ablandamiento y maquinabilidad en los aceros. Tambin para eliminar tensiones del temple. Adems aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero. Eliminar las peculiaridades estructurales producidas por la deformacin en fro,la soldadura u otro tratamiento trmico anterior. Producir un ablandamiento del material. Eliminar o reducir las tensiones internas. Producir estructura favorable para el mecanizado o la deformacin en fro. Eliminar la heterogeneidad qumica en la composicin del material.Proceso: Se calienta el acero hasta una temperatura dada (600 a 700C).Se mantiene la temperatura durante un tiempo. Se enfra lentamente hasta temperatura ambiente (10 a 25C por hora, generalmente dentro de ceniza o cal) controlando la velocidad de enfriamiento. Si la variacin de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internas que inducen grietas o deformaciones. El grado de plasticidad que se quiere dotar al metal depende de la velocidad de enfriamiento y la temperatura a la que se elev inicialmente. Tipos de recocido

Crticos

De regeneracin o recocido totalIsotrmicoDe homogeneizacin

Para eliminar los efectos de un tratamiento trmico previo. Austenizacin completa: Hipoeutectoides, Calentando por encima de AC3 yenfriamiento en horno para producir ferrita+perlita De autenizacin incompleta: Hipereutectoides. Entre AC1 y ACm . para formar cementita +perlita.De austenizacin completa o incompleta. Se mantiene largo tiempo en el enfriamiento a una determinada temperatura para que se produzca la estructura estable a dicha temperatura. Se usa para aceros de alta templabilidad en los que hay que dar ms tiempo para que se produzca la reaccin perltica.Se usa sobre todo para piezas fundidas en las que se haya producido segregaciones de C, P o S a alta temperatura. Temperatura alta para favorecer la difusin, pero no tanto que produzca la oxidacin intergranular del metal (quemado).

Subcrticos

Se llaman as porque el acero se calienta hasta una temperatura inferior a AC1, lo que evita que se produzca la austenizacin.

GlobularesAblandamientoContra Acritud o restauracin

La cementita, de la perlita que en condiciones normales es laminar,adopta una disposicin globular ms estable y ms blanda. Se hace oscilar latemperatura ligeramente por encima y por debajo de AC1 durante un tiempo muy largo. Se hace para mejorar el mecanizado.Algunas decenas de grados por debajo de AC1. Para mejorar laplasticidad, la deformacin en fro y el mecanizadoPara piezas deformadas plsticamente en fro, para regenerar la estructura cristalina y restaurar sus propiedades mecnicas.

En general, el recocido puede dividirse en tres etapas: 1) Recuperacin.- En esta primera etapa el material recupera sus propiedades fsicas, como son: conductividad trmica, conductividad elctrica, resistividad, etc. Las propiedades mecnicas no cambian. 2) Recristalizacin.- En esta segunda etapa, los materiales trabajados en fro sufren una recristalizacin, en la que aparece un nuevo juego de granos libres de deformacin. Desaparece la dureza y la resistencia adquirida por el trabajo en fro y se recupera la ductilidad. 3) Crecimiento de grano.- En esta tercera etapa los granos grandes crecen a expensas de los granos pequeos, teniendo como objetivo lograr un tamao de grano homogneo y no que en realidad se desee que crezca el grano. El recocido depende casi totalmente de dos factores: a) La formacin de austenita b) La subsecuente transformacin de la austenita Temple El temple se utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado martensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000 C y posteriormente someterlo a enfriamientos rpidos o bruscos y continuos en agua, aceite o aire. La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple depende de la composicin qumica del acero y se denomina templabilidad. Al obtener aceros martensticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza. El problema es que el acero resultante ser muy frgil y poco dctil, porque existen altas tensiones internas.Objetivo: Aumentar la dureza y resistencia mecnica del material.

Proceso: El temple consiste, en un enfriamiento rpido desde una alta temperatura (750C 900C) a que se ha sometido el acero.Se transforma toda la masa en Austenita con el calentamiento y despus, por medio de un enfriamiento brusco (con aceites, agua o salmuera), se convierte en Martensita, que es el constituyente duro tpico de los aceros templados.En el temple, es muy importante la fase de enfriamiento y la velocidad alta del mismo, adems, la temperatura para el calentamiento ptimo debe ser siempre superior a la crtica para poder obtener de esta forma la Martensita.Para conseguir que el acero quede templado no basta haberlo calentado a la temperatura conveniente, sino que es necesario que la velocidad de enfriamiento sea la adecuada.Medios de Temple: La efectividad del templado depende de las caractersticas del medio de temple, as como de la habilidad del acero para endurecerse. Por lo tanto, los resultados pueden variar cambiando la composicin del acero o la agitacin, temperatura y medio de temple. Cuando se templa una pieza en un determinado medio de temple, la velocidad de enfriamiento depende principalmente de los siguientes factores: El calor especfico y el poder de conduccin de calor del acero La masa, forma y estado superficial de la pieza El llamado poder de enfriamiento del medio del temple Temperatura del medio de temple El medio de temple ideal deber mostrar una alta rapidez de enfriamiento inicial para evitar la transformacin de la austenita en el rango de temperaturas que abarca la nariz perltica, y luego una velocidad de enfriamiento menor para el intervalo inferior de temperatura, a fin de minimizar la distorsin de las piezas. Los medios de temple con los que se cuenta a nivel industrial, no muestran estas propiedades ideales; por ejemplo, el agua y las soluciones acuosas tienen velocidades de enfriamiento iniciales altas, las cuales se mantienen a bajas temperaturas donde el agrietamiento y la distorsin tienden a ocurrir.

Curvas de enfriamiento, para tres posiciones de dos barras redondas de diferentes dimetros. Templadas en agua.

El tratamiento trmico convencional de endurecimiento en los aceros, es el que se refiere al procedimiento mediante el cual se produce martensita. Este generalmente incluye el enfriamiento continuo y rpido de una pieza austenizada en algn medio de temple, como puede ser agua, aceite o aire. Las propiedades ptimas de un acero que ha sido templado y posteriormente revenido solo pueden ser evidenciadas si durante el tratamiento trmico de temple, la pieza ha transformado una gran cantidad de martensita; esto es, la formacin de cualquier clase de perlita y/o bainita resultar en otras caractersticas mecnicas.Un tratamiento trmico de temple exitoso en los aceros es aquel que produce una microestructura predominantemente martenstica a travs de la seccin transversal de la pieza y depende principalmente de tres factores: 1) la composicin de la aleacin, 2) el tipo y carcter del medio de temple y 3) el tamao y la forma de la pieza.

La velocidad de enfriamiento de una pieza depende de la velocidad de extraccin de la energa calorfica, la cual es funcin de las caractersticas del medio de temple que est en contacto con la superficie de la pieza, as como del tamao y geometra.La severidad de temple es el trmino ms comnmente utilizado para indicar la velocidad de enfriamiento; mayor velocidad de temple, mayor severidad. De los tres medios ms comunes de temple, agua, aceite y aire, el agua produce el temple ms severo, seguido por el producido por el aceite, que es ms efectivo que el aire. El grado de agitacin de cada uno de los medios tambin tiene influencia sobre la velocidad de eliminacin del calor. Incrementando la velocidad del medio de temple a travs de la superficie de la pieza, se logra un temple ms efectivo. Los temples en aceite son ampliamente recomendados para el tratamiento trmico de muchas aleaciones de aceros. De hecho, para aceros de alto contenido de carbono el temple en agua es demasiado severo debido a que se pueden producir fracturas y distorsin en la pieza. Por otra parte, el enfriamiento en aire de un acero de bajo carbono austenizado generalmente produce una microestructura perltica.La figura muestra los resultados de la dureza, obtenidos para los diferentes dimetros.

La figura muestra la relacin aproximada de las curvas de enfriamiento real de la superficie al diagrama T-I.

Medios de enfriamiento Temple al aguaSe emplea a temperaturas entre 15 y 20 C. para los aceros al carbn; por este medio el enfriamiento es ms rpido y puede producir grietas a los aceros aleados. Temple al aceiteSe emplea para aceros al carbn de menos de 5 mm de espesor y aceros aleados, hay aceites especialmente preparados para este uso, pero se pueden usar aceites de menos de Engler (no. 20), estando a una temperatura de 50 a 60C. Temple al airePara emplear al aire como medio de temple, se somete la herramienta o pieza que ha de templarse a una corriente de aire, teniendo cuidado que el enfriamiento se haga con uniformidad y en caso de herramientas, por la parte del filo. Este medio se emplea en los aceros rpidos.Estas temperaturas estars de acuerdo con la cantidad de carbono que contenga el acero y con relacin a esto, mientras ms pobre es el material en carbono, mayor debe ser el calentamiento.

Despus de haber sido endurecido, el acero queda frgil y puede romperse con el golpe ms ligero, debido a los esfuerzos internos provocados por el enfriamiento brusco. Para vencer esta fragilidad, el acero se templa; es decir, se vuelve a calentar hasta la temperatura deseada o color correspondiente, y, en seguida, se vuelve a enfriar con rapidez. El templado le da tenacidad al acero y lo hace menos frgil, aunque se pierde un poco de la dureza. Conforme el acero se calienta, cambia de color, y estos colores indican varias temperaturas de templado.

Tipos de temple Temple superficial.Cementacin.(Temple + Revenido)Templado por enfriamientoTemple Bainitico

Se usa para conseguir solo un endurecimiento de la capa exterior del acero se le da calor porinduccinque pude profundizar ms o menos en funcin del temple deseado, se enfra rpido y se consigue un ncleo tenazy una capa superficial muy dura. Aceros con resistencia en el ncleo y bajo contenido deCpara que sean tenaces. Se buscan durezas superiores al temple porinduccin o superficial. Se consigue introduciendo las piezas en baosricos en C calientes para que el acero absorba parte delCcontenido en esas atmsferas, dependiendo del tiempo se le da al acero de 1% hasta casi 2% decarbono.

Esto provoca muchatenacidaden el ncleo idurezaen el exterior.

Se exige en los aceros decementacinun tamao de grano controlado.A travs de este procedimiento se templan aceros que son templables sin preparaciones especiales. Para esto se calienta el acero a una temperatura de temple y se refrigera una vez rpidamente, Como resultado de ello el material es muy duro y bronco y puede tener tensiones interiores enormes, en caso de condiciones inapropiadas el material se puede deformar o se puede llegar hasta romper.

Componentes casi tan duros como lamartensitapero mucho mstenaces(sin tanta tensin) se enfran rpidamente y se mantienen en una temperatura estable hasta que entran enestado bainitico. El enfriamiento de estos aceros se ejecuta en baos de Pb que el poder de enfriamiento es muy superior al del agua ( siempre enPblquido que funde entre300, 400) un ejemplo fleje de persiana enrollable.

Templado interrumpidoTemplado al bao caliente

A travs de este procedimiento se tratan los aceros que son especialmente delicados a la deformacin o a la rotura. Para esto se enfra el material solamente por corto tiempo en un medio refrigerante fuerte en su efecto (agua), luego del calentamiento a la temperatura de temple hasta cuando desaparezca el burbujeo y finalmente se deja en un medio refrigerante de efecto suave (aceite calentado) hasta la compensacin de la temperatura. Apenas despus es que se realiza la refrigeracin restante en el aire. Una variante favorable para esto es ofrecida por la suspensin del material refrigerado fuertemente en un bao caliente de 200 C hasta la compensacin de la temperatura, a travs de ello se evitan eficientemente las tensiones que se presentan durante el enfriamiento y el peligro de la formacin de grietas.A travs de este procedimiento se tratan las piezas de trabajo que tienen formas complicadas. Luego del calentamiento a una temperatura de temple se refrigera la pieza de trabajo de acuerdo al tipo de acero en un bao caliente a temperaturas entre 180 y 500 C hasta la compensacin de la temperatura y despus se lleva de cualquier forma a una temperatura ambiente, donde la pieza finalmente a travs de esto solamente tensiones interiores bajas, es lo que tiene. Como baos calientes se prefieren los baos de fusin de sal. la temperatura se debe derivar del tipo de acero.

Factores que influyen Los factores que influyen en la prctica del temple son: El tamao de la pieza: cuanto ms espesor tenga la pieza ms hay que aumentar el ciclo de duracin del proceso de calentamiento y de enfriamiento. La composicin qumica del acero: en general los elementos de aleacin facilitan el temple. El tamao del grano: influye principalmente en la velocidad crtica del temple, tiene mayor templabilidad el de grano grueso. El medio de enfriamiento: el ms adecuado para templar un acero es aquel que consiga una velocidad de temple ligeramente superior a la crtica. Los medios ms utilizados son: aire, aceite, agua, bao de Plomo, bao de Mercurio, bao de sales fundidas y polmeros hidrosolubles.Tratamientos isotrmicos Martenstico o Martempering Es un temple escalonado en el que el acero partiendo del campo austentico, se enfra en un lquido a temperaturas de entre 200 y 400C, permaneciendo en l las piezas durante un tiempo que debe ser suficiente para que se iguale la temperatura en toda la masa, enfrindose luego al aire. De esta forma se consigue que la transformacin de la austenita se homognea en toda la masa, evitando desiguales y peligrosas distorsiones y dilataciones que ocurren en los temples ordinarios de piezas de gran tamao.AustemperingConsiste en calentar el acero a una temperatura por encima de la critica superior (campo austentico) y luego enfriado rpidamente en sales fundidas, a temperaturas comprendidas entre 250 y 600C, permaneciendo las piezas a esta temperatura durante un tiempo suficiente para que se verifique la transformacin completa de la austenita en un nuevo constituyente (Bainita), a temperatura constante.

Patentado o patenting. Este tratamiento consiste en introducir el acero austenizado en un bao de plomo fundido mantenido entre 510 y 540C. El tiempo de permanencia en el bao ser el necesario para que la estructura del acero se transforme por completo en perlita fina. El patenting es un tratamiento muy utilizado en la fabricacin de alambre, ya que la estructura de la perlita fina, a causa de su elevada ductilidad, resulta ideal para el trefilado.TemplabilidadLa templabilidad de un acero es una propiedad que determina la profundidad y distribucin de la dureza alcanzada al producirse un enfriamiento desde la zona austenitica. La templabilidad del hierro aumenta si se aaden aleantes , a mas carbono mas templabilidad , sin embargo tambin aumenta el volumen , con lo que el enfriamiento de la pieza no es homogneo, y enfra antes en el exterior que en el ncleo , el cual no se podr dilatar al enfriarse por la compresin ejercida por la pieza ya enfriada, crendose unas tensiones de compresin en el interior y de traccin en la superficie que pueden llegar a romperla, con lo que hay que bajar el contenido en carbono, pero a su vez la templabilidad baja, con lo que se crea una contradiccin. 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 caractersticas mecnicas en el producto final el porcentaje de martensita debe de estar entre el 50 y el 90 %. La templabilidad es afectada por los siguientes factores:El tamao de grano de la austenitaUn grano muy fino tiene mucha rea de borde de grano que facilita la nucleacin de ferrita y perlita, disminuyendo la templabilidad del acero. Por otra parte, un grano grande de austenita no es deseable por que reduce la ductilidad final del acero y aumenta la tendencia al agrietamiento en el temple, as pues, no es buena prctica hacer crecer el grano de la austenita.El aumento del contenido de carbonoUn incremento del contenido de C en un acero aumenta fuertemente su dureza y su templabilidad. Sin embargo, un alto % de C no siempre es deseable, por eso, una alternativa para aumentar la dureza de un acero de bajo C es aadir elementos de aleacin.

Elementos de aleacinNinguno de los factores anteriores se usa especficamente para aumentar la templabilidad, esto se logra principalmente mediante la adicin de elementos de aleacin al acero, exceptuando al Cobalto.

Factores que Influyen en la Templabilidad.Influyen en la templabilidad principalmente los elementos aleados y el tamao de grano. Los elementos que ms favorecen la penetracin del temple, es decir, la templabilidad, son el manganeso, molibdeno y el cromo. Por otra parte, un aumento en el tamao de grano produce un aumento de la templabilidad.

Medida de la templabilidad.Siendo la templabilidad una caracterstica importante en la eleccin de los aceros, sobre todo para la fabricacin de piezas grandes, se ha trabajado mucho en su determinacin y valoracin. La determinacin de la templabilidad puede hacerse por el examen de las fracturas de probetas templadas, por medio de las curvas en U y ms exactamente por el dimetro crtico ideal o por el ensayo Jominy, que es el que vamos a llevar a cabo. Para aceros de baja templabilidad se emplea una probeta de forma especial, que se coloca a 25 mm del orificio de salida del agua, debiendo ser la altura del chorro libre de 100 mm. Las curvas Jominy no slo dan idea a primera vista de la templabilidad del acero por su mayor o menor pendiente, sino que los valores de las durezas a lo largo de la generatriz constituyen una verdadera medida de la templabilidad, ya que obtenidas en condiciones de temple idnticas, slo dependen de las caractersticas del acero ensayado.

Revenido Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente sigue a ste. Al conjunto de los dos tratamientos tambin se le denomina "bonificado".El revenido es el tratamiento trmico que sigue al temple. Un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tiene el inconveniente de ser frgil y poco porque tiene tensiones internas. El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martenstico (de alta dureza). De esto modo, evitamos que el acero sea frgil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rpida.El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero despus de normalizado o templado, a una temperatura inferior al punto crtico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rpido cuando se pretenden resultados altos en tenacidad, o lento, para reducir al mximo las tensiones trmicas que pueden generar deformaciones.Los fines que se consiguen con este tratamiento son los siguientes: Mejorar los efectos del temple, llevando al acero a un estado de mnima fragilidad. Disminuir las tensiones internas de transformacin, que se originan en el temple.Modificar las caractersticas mecnicas, en las piezas templadas produciendo los siguientes efectos:

Disminuir la resistencia a la rotura por traccin, el lmite elstico y la dureza. Aumentar las caractersticas de ductilidad; alargamiento estriccin y las de tenacidad; resiliencia.

Los factores que influyen en el revenido son los siguientes: la temperatura de revenido sobre las caractersticas mecnicas, el tiempo de revenido (a partir de un cierto tiempo lmite la variacin es tan lenta que se hace antieconmica su prolongacin, siendo preferible un ligero aumento de temperatura de revenido), la velocidad de enfriamiento (es prudente que el enfriamiento no se haga rpido) y las dimensiones de la pieza (la duracin de un revenido es funcin fundamental del tamao de la pieza recomendndose de 1 a 2 horas por cada 25mm de espesor o dimetro).El acero templado se vuelve frgil, siendo intil en estas condiciones, por eso vamos al REVENIDO. Esta operacin viene es para que las tiranteces y tensiones generadas en el acero no tengan tiempo de actuar provocando deformaciones o grietas.Este proceso hace ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza.

Normalizado Un tratamiento trmico en el cual las aleaciones porosas se calientan hasta aproximadamente 100F sobre el rango crtico, sosteniendo esa temperatura por el tiempo requerido, y enfrindola a la temperatura del medio ambiente.Se realiza calentando el acero a una temperatura unos 50C superior a la crtica y una vez austenizado se deja enfriar al aire tranquilo. La velocidad de enfriamiento es ms lenta que en el temple y ms rpida que en recocido.Con este tratamiento se consigue afinar y homogeneizar la estructura. Este tratamiento es tpico de los aceros al carbono de construccin de 0.15% a 0.60% de carbono.A medida que aumenta el dimetro de la barra, el enfriamiento ser ms lento y por tanto la resistencia y el lmite elstico disminuirn y el alargamiento aumentar ligeramente. Esta variacin ser ms acusada cuanto ms cerca del ncleo realicemos el ensayo.Tratamientos termoqumicos de los metales Mediante este tipo de tratamientos, el metal sufre procesos de calentamiento y enfriamiento y se vara la composicin qumica superficial de los aceros, adicionando otros elementos para mejorar las propiedades en la superficie, principalmente la dureza o resistencia a la corrosin, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad. a) Cementacin: Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de los aceros. Se mejora la dureza superficial y la resiliencia. Se aplica a piezas que deben ser resistentes a golpes y la vez al desgaste. Se aplica a los aceros. b) Nitruracin: Consiste en endurecer la superficie de los aceros y fundiciones. Las durezas son elevadas y tienen alta resistencia a la corrosin. El componente qumico aadido es nitrgeno, que se obtiene del amoniaco. c) Cianuracin o carbonitruracin: Se trata de endurecer la superficie del material introduciendo carbono y nitrgeno. Es una mezcla de cementacin y nitruracin. La temperatura es intermedia entre la utilizada para la cementacin y la nitruracin, que es mucho menor que aquella. Se aplica a los aceros. d) Sulfinacin: Se trata de introducir en la superficie del metal azufre, nitrgeno y carbono en aleaciones frricas y de cobre. Se aumenta la resistencia al desgaste, favorecer la lubricacin y disminuir el coeficiente de rozamiento.

Clasificacin del aceroLos aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleacin ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.Aceros al carbonoEl 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, carroceras de automvil, estructuras de construccin, pasadores de pelo, etc.Aceros aleadosEstos aceros estn compuestos por una proporcin determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; adems 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 aleacin ultrarresistentesEs la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son ms baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleacin. 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 fabricacin de bagones porque al ser ms resistente, sus paredes son ms delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.Adems, al pesar menos, tambin se pueden cargar con un mayor peso. Tambin se emplea para la fabricacin de estructuras de edificios.Aceros inoxidablesEstos aceros contienen cromo, nquel, y otros elementos de aleacin que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidacin. 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. Tambin se emplean mucho para tuberas, depsitos de petrleo y productos qumicos por su resistencia a la oxidacin y para la fabricacin de instrumentos quirrgicos o sustitucin de huesos porque resiste a la accin de los fluidos corporales. Adems se usa para la fabricacin de tiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fcil de limpiar.Aceros de herramientasEstos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleacin que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

Diagrama de fases del acero

Curvas TTTSe denomina curva TTT (Transformacin-Temperatura-Tiempo) al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformacin isotrmica. Los diagramas TTT son grficas que representan el % de transformacin en funcin de la temperatura (eje vertical) y del tiempo (eje horizontal, normalmente en escala logartmica). Se elaboran con el % de transformacin frente al logaritmo de las medidas de tiempo.Son muy tiles para entender las transformaciones de un acero que se enfra isotrmicamente. As por ejemplo, en el caso del acero, y ms concretamente para la fase austenita, que es inestable por debajo de la temperatura de transformacin eutectoide, se necesita saber: Cunto tiempo requerir para empezar a transformarse a una temperatura subcrtica especfica, Cunto tiempo precisar para estar completamente trasformada Cul ser la naturaleza del producto de esta transformacinSe denomina curva TTT al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformacin isotrmica. Son grficas que representan la temperatura frente al tiempo (normalmente en escala logartmica).Son muy tiles para entender las transformaciones de un Acero que se enfra isotrmicamente. As por ejemplo, en el caso del acero, y ms concretamente para la fase Austenita, que es inestable debajo de la temperatura de transformacin eutectoide, se necesita saber cunto tiempo requerir para empezar a transformarse a una temperatura subcrtica especfica, cunto tiempo precisar para estar completamente trasformada y cul ser la naturaleza del producto de esta transformacin.Se elaboran con el porcentaje de transformacin frente al logaritmo de las medidas de tiempo.

En una curva TTT distinguimos:(1): Curva Inicial de Transformacin(2): Curva Final de TransformacinVCT: Velocidad Crtica de templeMs: Curva Inicial de transformacin MartensticaMf: Curva Final de transformacin Martenstica

: Nariz Perltica

estable inestableMartensitaBainitaPerlitai + Bi + Pi + M

Por debajo de Ms la evolucin es independiente del tiempo, slo depende de la temperatura, es atrmica. La nariz perltica nos da el mnimo tiempo de retardo y nos define la velocidad crtica de temple del acero, que es la mnima velocidad que nos permite alcanzar una estructura 100% Martenstica, sin haber sido sometido a ninguna otra transformacin en el enfriamiento. Se tiempo de retardo o periodo de incubacin al tiempo necesario para que comience la transformacin isoterma de la austerita, es distinto para cada temperatura.El diagrama TTT ms simple es el del acero al carbono eutectoide, al carbono, ya que no hay constituyentes proeutectoides en la microestructura. Vemos la diferencia entre un diagrama de un Acero Hipoeutectoide y otro Hipereutectoide.

B

+P

e

e

+

+P+

+B

+M

M

i

i

e

e

+M

M

+B

B

+ CF3

+P+CF3

CF3+P

En los diagramas distinguimos tres zonas:1. La de la izquierda de las curvas, donde la Austenita todava no ha comenzado a transformarse.2. La comprendida entre las dos curvas, donde la Austenita est en periodo de transformacin.3. La de la derecha, donde la Austenita se encuentra completamente transformada.

Para obtener estos diagramas, se calienta un conjunto de probetas iguales a la temperatura de austenizacin, y se mantienen all hasta que se transforman en austerita. Conseguido esto, se enfran bruscamente en baos de sales o metal fundido hasta la temperatura deseada, que permanecer constante mientras dure el ensayo; a intervalos de tiempo determinados se sacan las probetas del bao y se enfran bruscamente hasta temperatura ambiente. Mediante el examen microscpico de las mismas, se determina la cantidad de austerita transformada en funcin del tiempo y con ello, el principio y el final de la transformacin. Se obtiene as el diagrama que nos da la cantidad de Austenita transformada en funcin del tiempo, a temperatura constante.Existen diversos factores que influyen sobre las curvas TTT, desplazando las mismas hacia la derecha o hacia la izquierda en el diagrama, es decir, retardando o adelantando el comienzo de la transformacin martenstica, o desplazando hacia arriba o hacia abajo las lneas de principio y fin de la transformacin martenstica. Estos factores son, entre otros: El contenido en Carbono de la aleacin: a mayor contenido mayor ser el desplazamiento hacia la derecha de las curvas inicial y final de transformacin; y hacia abajo las isotermas que indican el principio y el fin de la transformacin martenstica. Temperatura de Austenizacin: cuanto mayor sea, mayor ser el tamao de grano, y mayor por tanto el desplazamiento de las curvas hacia la derecha y hacia abajo. Elementos Aleantes: distinguimos entre dos tipos:a. Ganmgenos: aquellos que se disuelven preferentemente en la Austenita como son el Nquel y el Manganeso, que expanden por tanto el campo de existencia de la Austenita desplazando hacia abajo las isotermas.b. Alfgenos: se disuelven preferentemente en la fase (Ferrita), son por ejemplo el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio y el Wolframio; y desplazan las isotermas hacia arriba.c. Carburgenos: son elementos (habitualmente Alfgenos) que tienden a formar carburos. Producen una segunda zona de temperaturas de transformaciones rpidas al nivel de la transformacin de la austerita en Bainita.

Ensayo JOMINYUn procedimiento estndar utilizado ampliamente para determinar la templabilidad es el ensayo Jominy (Norma UNE-EN ISO 642- Ensayo de templabilidad por templado final).En este ensayo se mantienen constantes todos los factores que influyen en la profundidad del endurecimiento de la pieza, excepto la composicin, como por ejemplo tamao y forma de la pieza y tratamiento de temple. Una probeta cilndrica de 25 mm de dimetro y 100 mm de longitud, en primer lugar se calienta hasta temperatura superior a la A3c del acero en cuestin, en el horno adecuado, durante una media hora, para asegurar que incluso el ncleo de la probeta resulte austenizado.A continuacin se transporta la probeta a un dispositivo de enfriamiento construido tambin segn norma. El tiempo transcurrido desde que se extrae la probeta el horno hasta que se inicia su refrigeracin no debe superar los 5 segundos.El dispositivo del temple tiene un elemento de fijacin y centrado de la probeta, situado en la vertical del orificio de salida del agua, a fin de que el enfriamiento tenga lugar exclusivamente por su base inferior (tambin para ello, mientras dura el ensayo, el dispositivo deber estar al abrigo de corrientes de aire). Templada as la probeta las velocidades de enfriamiento de todos sus puntos por tanto tambin de los situados en su superficie lateral, estn ms o menos alejados de la base, resulten fijas y perfectamente conocidas. El chorro de agua tiene una velocidad de flujo y una temperatura especificadas (25 C). De este modo, la velocidad de enfriamiento es mxima en el extremo templado y disminuye a lo largo de la probeta.

En la tabla se indican esas velocidades de enfriamiento: en funcin de la distancia de cada punto de la generatriz al extremo templado.

Una vez enfriada plenamente la probeta se planean por rectificado dos generatrices, situadas a 180 C una de otra, hasta una profundidad de 0.4 mm (para eliminar la posible decarburacin superficial y para poder medir las durezas que presenta la probeta a partir del extremo templado). Conviene advertir que el rectificado debe hacerse evitando todo calentamiento que pudiera producir un posible revenido. Se determina la dureza a lo largo de los 50 primeros milmetros de la probeta (Figura 1b); en los primeros 12.5 mm las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1.6 mm y en los 37.5 mm siguientes cada 3.2 mm. Se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en funcin de la distancia al extremo templado.

La templabilidad es una medida cualitativa de la velocidad con que la dureza disminuye con la distancia al extremo templado. Un acero con alta templabilidad mantiene valores elevados de dureza durante distancias relativamente largas, mientras que uno de baja templabilidad no.

Ejemplos de tratamientos El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de ms de 0.8% de C. Endurecimiento del aceroEl proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cmara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la traccin (tensin) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crtica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfra la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frgil.

Tratamiento trmico de las aleaciones de aluminioLos tratamientos trmicos bsicos de mejora de propiedades de las aleaciones de aluminio son los tratamientos de precipitacin. Constan de las etapas de puesta en solucin, temple y maduracin o envejecimiento. Tambin se realizan tratamientos de recocido.

Temple y revenidoAcabados: Granallado AceitadoTipos de piezas: Tornillera Arandelas Puntas ResortesCampos de aplicacin: Automocin Energas renovables Mquina herramienta Estructuras metlicas Industria ferroviaria y naval Lnea blanca

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera y Ciencias Sociales y Administrativas

TEMA DEL TRABAJO:Trabajo de Investigacin Final

PROYECTO:Tratamientos trmicos

TRABAJO QUE PRESENTA:Barrales Acosta Karen Itzayen

GRUPO:2IM52

DE LA MATERIA:Tecnologa de materiales

CARRERA:INGENIERA INDUSTRIAL

ASESOR DE LA INVESTIGACIN:HECTORSANCHEZ SOLORZANO