UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN METALURGIA

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

PAOLA VERÓNICA CEA PÉREZRODRIGO LEÓN RUIZ SILVA

PROFESOR: JAIME LISBOA ASIGNATURA: CIENCIA DE LOS MATERIALES

OBJETIVOS

1. Explicar la trilogía Microestructura-Propiedad-Tratamiento.2. Definir qué es un Tratamiento térmico.3. Definir los factores que influyen en los tratamientos

térmicos.4. Determinar las etapas de un tratamiento térmico.5. Definir las Temperaturas Críticas.6. Especificar y explicar los tipos de tratamientos térmicos.

Estructura-Propiedad-Tratamiento

Estructura

PropiedadTratamiento

Los materiales poseen características bien definidas, que dependen primordialmente de su estructura microscópica, la cual determina las propiedades típicas del material. Para modificar y/o mejorar estas propiedades, se requiere la aplicación de ciertos tratamientos, que alteran o generan una nueva estructura en el material, con nuevas propiedades distintas a las iniciales.

¿Qué es un Tratamiento térmico?

Los tratamientos térmicos son procesos de calentamientos y enfriamientos controlados, que se realizan a fin de generar cambios microstructurales(Cambios de fase) en los aceros, que modifiquen y/o mejoren sus propiedades y características. Estos procesos consisten en calentar y mantener las piezas de acero a temperaturas adecuadas, durante un tiempo determinado, y luego enfriarlas en condiciones convenientes.

¿Cuáles son sus factores importantes ?

Los principales factores de los tratamientos térmicos, son la temperatura y el tiempo. El acero debe alcanzar una temperatura adecuada para el tratamiento, que depende de su composición química; y debe mantenerse a esta temperatura durante un tiempo determinado, que depende de la forma y tamaño de la muestra de acero, y también de las características que se desean obtener. A esto último, debe añadirse otro factor, la velocidad de enfriamiento, que depende netamente del medio en cual se realice.

¿Cuáles son las etapas de un tratamiento térmico?

1. Calentamiento: la muestra debe alcanzar una temperatura adecuada, la que depende del tipo de tratamiento a realizar, pero que usualmente es sobre una temperatura de completa austenización.

2. Mantenimiento a alta temperatura: la pieza debe alcanzar la completa y homogénea austenización, por lo que su tiempo de permanencia a la temperatura de trabajo depende de sus dimensiones y composición química. Se ha establecido que el tiempo ideal de permanencia es 1 hora/pulgada o más, para que exista una completa difusión y disolución del carbono en la austenita.

3. Enfriamiento: depende de las propiedades y características que se quieran otorgar al acero. La velocidad de enfriamiento depende del medio en que se realice, que puede ser aire, agua, aceite, sales, o dentro del mismo horno.

¿Qué son las Temperaturas Críticas?

Los puntos críticos, son las temperaturas a las ocurren transformaciones microestructurales en los aceros. Estas temperaturas se designan como A1 (temperatura crítica inferior) y A3 (temperatura crítica superior), en aceros de composición hipeutectoide; y A1 y Acm en aceros hipereutectoides. Estas temperaturas son importantes porque delimitan los rangos de existencia de las fases del acero, sobretodo A3 o Acm, sobre la cual existe sólo la fase austenítica.

Austenita

¿Cuáles son los tipos de tratamientos térmicos?

2.Normalizado:-Objetivo es recuperar las propiedades y estructuras normales de un acero luego de haber sido tratado con anterioridad.

-Se emplea casi exclusivamente en aceros de construcción o de baja aleación, y consiste en un calentamiento a temperaturas (30 y 50ºC )mayores a la crítica superior, seguido de un enfriamiento al aire. Se eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamaño de grano del acero, quedando con una estructura y propiedades que se consideran normales y características de su composición.

-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(perlita fina)

3. Temple:Se calienta la pieza a una temperatura mayor a la crítica superior y luego

se enfría rápidamente en un medio de temple, que puede ser agua, agua con sales, sales fundidas, aceite, aire, etc. Se obtiene una microestructura llamada Martensita, fase metaestable adifusional de altísima dureza y resistencia del acero.

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Difusion del carbono:La alta velocidad de enfriamiento no permite la difusión del carbono lo que produce una transformación polimórfica de la austenita (FCC) a la martensita, la cual tiene una estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT).Es una microestrutura muy dura y frágil

DIAGRAMA TTT(Temperatura-Tiempo-Transformación)

Martensita:

Se obtiene de forma casi instantánea alenfriar rápidamente la austenita.

Transformación propiedades mecánicas Temple

-Los aceros al carbono después de temple están constituidos por cristales de martensita, el acero en esta forme es muy resistente, pero tiene muy poca ductilidad y tenacidad.-Si el acero templado se vuelve a calentar a diferentes temperaturas comprendidas entre la ambiente 500y los 700ºC y después se enfría al aire, la resistencia a tracción disminuye progresivamente a medida que se aumenta la temperatura del revenido, a su vez aumentan la ductilidad y tenacidad.

4.Revenido:Es un tratamiento que se realiza a muestras de acero que han sido previamente templadas. Se calienta la pieza a una temperatura ligeramente menor a A1, eliminando tensiones internas producidas por el temple, mejorando su tenacidad, y obteniendo la dureza y resistencia deseadas.

Doble revenido-Se realiza para mejorara los aceros con alto contenido en cromo, después del temple se le da un doble revenido, con el que se eliminan las tensiones residuales y se evita que las herramientas ya terminadas queden algo frágiles.-En el primer revenido se verifica la transformación de martensita tetragonal en martensita revenida .-En la segunda etapa se recomienda calentar nuevamente el acero a unos 550ºC. Esto se hace para evitar que quede martensita sin revenir.

Tratamientos Isotérmicos

En estos tratamientos, el enfriamiento no se hace de forma regular y progresiva, sino que se interrumpe o modifica a diversas temperaturas durante ciertos intervalos, en los que el material permanece a temperatura constante. Con estos procesos se obtiene una gran tenacidad de la pieza, pequeñas deformaciones y la eliminación de tensiones, que pueden dar lugar a grietas y roturas.

1.Austempering: El acero se calienta a una temperatura ligeramente mayor a A1, y luego se enfría rápidamente en un baño de plomo o sales fundidas, a temperaturas entre los 250 y 600 ⁰C , manteniéndolo durante el tiempo suficiente para que la austenita se transforme.

2.Martempering:Consiste en el calentamiento de la pieza a una temperatura ligeramente mayor a A3, y en el posterior enfriamiento en un baño de sales a temperaturas entre los 200 y 400 ⁰C , para finalmente enfriar al aire. Este tratamiento evita la formación de tensiones internas.

Tratamientos TermoquímicosEn estos tratamientos, además de considerar el tiempo y la temperatura como factores fundamentales, hay que considerar también el medio o atmósfera que envuelve al metal durante el calentamiento y enfriamiento.Se emplean para obtener piezas que deben tener gran dureza superficial para resistir el desgaste, y buena tenacidad en el núcleo, para evitar roturas.

1.Cementación:El calentamiento se lleva a cabo en una atmósfera con abundante carbono, que modifica su composición en la zona periférica aumentando el contenido de carbono, obteniéndose una gran dureza superficial después de un temple y revenido.

2.Cianuración:El acero absorbe carbono y nitrógeno en la zona superficial, aumentando de gran manera su dureza después de un temple.

3. Sulfinización:Se realiza en un baño de sales de composición especial, a 565 ⁰C

aproximadamente. Se incorpora azufre a la superficie de las piezas de acero, mejorando la resistencia al desgaste, sin aumentar mucho la dureza.

4. Nitruración:Tratamiento de endurecimiento superficial a baja temperatura, en el que

piezas de acero templadas y revenidas, al ser calentadas a 500 ⁰C en un ambiente de amoniaco, absorben nitrógeno, formándose nitruros de gran dureza en la capa periférica.

Tratamientotérmico

Propiedades mecánicas modificadas Micrografía del Acero

Recocido -Disminuye la tenacidad (en comparación al normalizado)

PERLITA GRUESADura resistente

Normalizado -Aumenta la dureza (Resistencia a la penetración). -Disminuye la ductilidad

PERLITA FINAMas duraMenos dúctil

Temple -Aumenta Resistencia yDureza-Disminuye ductilidad y tenacidad.

MARTENSITA

Revenido

-Disminuye Dureza-Modifica resistencia de los aceros templados-Reduce la resistencia a la rotura por tracción, el límite elástico y la dureza.-Eleva las características de ductilidad; alargamiento estricción y las de tenacidad; resilencia.

Martensita libre De tensiones

Conclusiones

1. Se explicó la trilogía Estructura-Propiedades-Tratamiento, lo que permitió concluir que existe una estricta dependencia entre las estructuras y sus consecuentes propiedades, y el tratamiento adecuado que debe realizarse para modificarlas y obtener las deseadas.

2. Se definió lo que es un tratamiento térmico, haciendo hincapié en los factores que los influyen y en las etapas que los determinan.

3. Se definieron las temperaturas críticas, lo que permitió concluir que la correcta ejecución de los tratamientos térmicos depende de estos puntos críticos, ya que a estas temperaturas experimentan cambios estructurales los aceros.

4. Se especificaron y explicaron los tipos de tratamientos térmicos, isotérmicos y termoquímicos; la forma en que se llevan a cabo, y las propiedades que modifican en los aceros a los que se aplican.

Consultas.

BibliografíaLibros :Tratamientos térmicos de los aceros .- José Apraiz Barreiros , ed. 8ºIntroducción a la ciencia e ingeniería De Los Materiales .-W. CallisterIntroduccion a la metalurgia física.-Sydney H. Avner

Paginas web:•http://www.metalmos.cl•http://es.scribd.com/doc/3919885/Tratamientos-termicos-1