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  • ObjetivoConceptoEjemplosExplicacinHornosTratamientos Trmicos

  • Concepto:Es uno de los pasos fundamentales para que un material pueda alcanzar las propiedades mecnicas para las cuales esta creado. Este tipo de procesos consiste en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado slido para cambiar sus propiedades fsicas. Con el tratamiento trmico adecuado se puede reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con interior dctil. La clave de los tratamientos trmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no frreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido.

    Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal par que se reciba un tratamiento trmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-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.

  • Objetivo:

    Mejorar las propiedades mecnicas de los materiales a travs de la modificacin de la estructura de los granos que forman al acero, sin variar la composicin qumica de los mismos.

  • Propiedades mecnicas:

    Estas propiedades dependen tanto de la composicin qumica como de la estructura cristalina de los materiales, algunas son:Resistencia al desgasteMaquinabilidadTenacidadDureza

  • Resistencia al desgaste:

    Es la resistencia que opone un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de friccin con otro material.

  • Tenacidad:

    Es la capacidad que tiene un material de absorber energa sin producir fisuras (resistencia al impacto)

  • Maquinabilidad:

    Es al facilidad que posee un material de permitir el proceso de maquinado por arranque de viruta.

  • Dureza:

    Es la resistencia que ofrece un acero para defarce penetrar. Se mide en unidades Brinnel (HB) o en Rockwel C (HCR), mediante test del mismo nombre.

  • Mejora de las propiedades a travs del tratamiento trmico:

    Las propiedades mecnicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, reside en la composicin qumica de la aleacin que los forma y el tipo de tratamiento trmico a los que se le somete. Los tratamientos trmicos lo que hacen es modificar la estructura de los granos que forman los aceros si variar la composicin qumica de los mismos.

    Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composicin qumica se llama poliformismo y es la que justifica los tratamientos trmicos. Tcnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una nica composicin qumica.

  • Propiedades mecnicas del acero:

    Acero es una aleacin de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleacin, los cuales les confieren propiedades mecnicas especificas para su utilizacin en la industria metalmecnica. Los otros principales elementos de composicin son el Cromo, Tungsteno, Manganeso, Nquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fsforo, a estos elementos qumicos que forman del acero se les llama componentes, y a las distintas estructuras cristalinas o combinacin de ellas constituyentes.

    Los elementos constituyentes, segn su porcentaje, ofrecen caractersticas especificas para denominadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soporte, etc. La diferencia entre los diversos aceros, tal como se ha dicho depende tanto de la composicin qumica de la aleacin de los mismos, como del tipo de tratamiento trmico a los que se les somete.

  • Tratamientos trmicosTratamientos trmicos del aceroTratamientos termoqumicos del acero

  • Endurecimiento del aceroTemple (con revenido)RecocidoCementadoCarburizacin por empaquetadoCarburizacin en bao liquido

  • TempleRevenidoRecocidoNormalizado

  • Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribucin uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. El normalizado es un recocido que se efecta para proporcionar una buena y fcil mecanizacin de las piezas, lo cual depende de su estructura cristalina. El normalizado se efecta antes del temple, ya que el resultado de este depende del estado inicial de la estructura de las mismas. Tambin se realizan recocidos para la eliminacin de tensiones a temperaturas inferiores al punto de transformacin. Muchas veces se efectan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. Para ello debe elegirse una temperatura que logre la disminucin de dureza y la resistencia.

    La temperatura baja exigida puede ser compensada por la duracin del recocido. La velocidad del enfriamiento despus del recocido tiene una gran importancia, ya que un enfriamiento rpido puede provocar nuevas tensiones y si es demasiado lento existe el peligro de fragilidad.

  • CementacinNitruracinSulfinizacinCianuracin

  • El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta 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 a su temperatura crtica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 F y 1525 F (790 a 830 C) 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.

  • Despus que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frgil lo que impide su manejo pues se rompe con el mnimo golpe debido a la tensin interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero ( en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada, para despus enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utiliz para endurecerla. Ver tabla

  • Tabla de temperaturas para templar acero endurecido

    ColorGrados FGrados CAplicacinPaja claro430220Brocas, machuelos.Paja mediano460240Punzones dados y fresas.Paja oscuro490255Cizallas y martillos.Morado520270rboles y cinceles para madera.Azul oscuro570300Cuchillos y cinceles para acero.Azul claro600320Destornilladores y resortes.

  • El recocido es el tratamiento trmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de acero sobre calentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en fro.

  • Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el ncleo blando y dctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el mtodo del cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crtica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres mtodos de cementacin ms comunes son:

    Empacado para carburacin, bao liquido y gas.

  • Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbnico en una caja cerrada con material carbonceo y calentarlo hasta 1650 o 1700 F (900 a 927 C) durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbn que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Entre ms tiempo se deje a la pieza en la caja con carbn de mayor profundidad ser la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfra rpidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensin superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 1400 y 1500 F (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersin. La capa endurecida ms utilizada tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm.

  • El acero a cementar se sumerge en un bao de cianuro de sodio liquido. Tambin se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 1500 F (845 C) durante 15 minutos a 1 hora, segn la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorber el carbono y el nitrgeno del cianuro. Despus se debe enfriar con rapidez al acero con agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0.75 mm.

  • Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior Ac (entre 900-950 C) y se efra mas o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc. En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre150-500 C, alcanzndose de esta manera un temple con el mnimo de variacin en las dimensiones de las piezas, un mnimo riesgo de deformacin y consiguindose durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita.

    Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una ms amplia variacin de las caractersticas aadiendo carbono o nitrgeno a la superficie de las piezas.

  • Solo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los ejemplos de temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creada por el temple y se mejora la tenacidad, dejando al hacer con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima y velocidad de enfriamiento.

  • Consiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitizacin (800-925 C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye al dureza. Tambin facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en fro y las tensiones internas.

  • En el caso de lo tratamientos termoqumicos , no solo se producen cambios en la estructura del acero, sino tambin en su composicin qumica, aadiendo diferentes productos qumicos durante el proceso del tratamiento. Estos tratamientos tiene efecto solo superficial en las piezas tratadas y consiguen aumentar la dureza superficial de los componentes dejando el ncleo ms blando y flexible. Estos tratamientos requieren ek uso de calentamiento y enfriamiento en atmsferas especiales.

    Estos tratamientos son:

  • Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo.

  • Al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400-525 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno.

  • Aumenta la resistencia al desgaste por la accin del azufre. El azufre se incorpor al metal por calentamiento a baja temperatura (565 C) en un bao de sales.

  • Endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos de cianuro, carbonato y cianuro sdico. Se aplican temperaturas entre 760 950 C.

  • Se pueden distinguir tres fases en el temple:

    Calentamiento del metal.- Se realiza en horno. Primeramente el calentamiento es lento hasta los 500 C y posteriormente es rpido hasta la temperatura de temple.Homogeneizacin de la temperatura.- Se mantiene a la temperatura de temple durante un determinado tiempo a la pieza para que se consiga la misma temperatura en todas las zonas.Enfriamiento rpido.- Se saca la pieza del horno y se enfra el material en un fluido denominado medio de temple que puede ser: - Agua.- Es el medio ms econmico y antiguo. Se consiguen buenos temples con aceros al carbono. Las oiezas se agitan dentro del agua para eliminar las burbujas de gas. - Aceite.- Enfra ms lentamente que el agua. - Aire.- Se enfran las piezas con corrientes de aire. Se utiliza para los denominados acero rpidos.

  • Grafica en funcin al tiempo y la temperatura para el temple y revenido

  • El tratamiento de temple confiere a la superficie del metal una estructura anormalmente dura. Esta dureza adquirida despus del tratamiento es debida a la tensin a la cual se ven sometidos los cristales por la deformacin de su estructura cristalina, ya que el enfriamiento rpido les impide alcanzar un equilibrio estable.

    Para realizar el temple de una pieza se deben analizar diferentes factores como:

    - Forma y dimensiones de las piezas.- Composicin del acero o de la aleacin.- Temperatura de calentamiento.- Medio de enfriamiento.

  • Como se ha visto en apartados anteriores para la realizacin de un tratamiento trmico debemos conseguir elevar la temperatura de los materiales, ello se consigue en hornos especiales que deben controlar perfectamente los tiempos de calentamiento y las temperaturas a conseguir.

    Como ejemplo podemos considerar el acero F 125, muy utilizado para la fabricacin de tornillos con alta resistencia a la traccin. En las tablas adjuntas se recoge su composicin qumica y las temperaturas a las cuales se deben realizar los diferentes tratamientos.

    Ver tablas:

  • ACERO F-125COMPOSICIN QUMICACMnSICrMo0.350.70.2510.20

  • TRATAMIENTOS TRMICOS ACERO F- 125TRATAMIENTOTEMPERATURA EN CForja850 a 1100Recocido680 a 720Eliminacin de tensiones600 a 650Temple Precalentamiento450 a 550 Austenizacin830 a 850 EnfriamientoAceiteRevenido100 a 650

  • De la tabla anterior se puede observar que las temperaturas a las cuales deben trabajar los hornos deben supera los1100 C, en el caso de que el material debe ser tratado para su posterior forjado.

    Los fabricantes de hornos utilizan diferentes sistemas de calentamiento, como quemadores a gas o resistencias elctricas. Los sistemas de enfriamiento de las piezas pueden ser por conveccin natural o conveccin forzada.

    Ejemplos:

  • MuflasTipo Muflas Klein

  • Muflas para temple, cera perdida, Cermica y tratamientos termicos, etc. En donde el fuego no afecta la calidad y el acabado de sus productos.

  • FIN