T ATA lE TOS TER leosDE LOS ACE S

Teoria Prctica

Tomo 1I

Anta iEx

Teora y Prctica

Tomo I1

nuevalibrera

1 by E. SturlaISBN 950-43-9210-5

2002 Nueva Librera SRLPrimera Edicin

Argentina

950-9088-95-1950-9088-96-X

Mail" nuevalibreria@infovia.com.ar

ISBN Obra conlpletaISBN Tomo IISBN Tomo n

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A seres

su amor y

Nota:

Algunas de las fotomicrografias fueron realizadas con pelcula pancromtica de 35mm.Las incluidas en el texto se 2.8 veces, resultando los aumentos: x 35,x 70, y x 280.

Las se tomaron con de 9 12 cm.Las del texto se obtuvieron por contacto, indicando en cada caso el aumentocorrespondiente.

ndice

Prlogo XIIIde conversin de los nmeros de dureza................................... XV

I:!.Qunra!lem;.aa de termomtricos XVI

iL81PU1WO 1TEMPLE

1. Definicin 12. del 13. Factores del temple 24. Fases del temple 25. Fenmeno y mecanismo del 5G. ~,,1ttud de L:UU eufrianleni.u cunLinuu.

Descomposicin de la austenita en funcin de velocidadesde enfriamiento crecientes 5

7. Dureza del acero templado. Martensita 18Nota 20

Captulo nCURVAS "8" DE BAIN Y DAVENPORT

4576

36

394042

de:5C(Jlmlpmnclon isotrmica

Similitud y cOITe:5pcmdenclamtodos de enfriamientoParmetros las curvas de la

4.

8.

5.6.7.

1. Transformacin isotrmica de la austenita. TTIo Curva "8" 21

2. 353.

VI TRATAMIENTOS TRMICOS ACEROS

IIIFACTORES DEL

1.

b.c.

d.

55

55606364

64

Captulo IV

Ejemplo para distintas

118121

919898

107

128130

Definicin;on,cf"OU)S sobre la v"'." .. }-' ..... .., ....... "'...........

Determinacin de la "

NDICE VII

10.1. Definicin

.. 159160162164171171172172173

.. 173174174174174

175177177

... 177178179

7.2. del ".....".0+1" ........7.3. Factores del7.4.7.5. Referencias cornpJ.ernlentarlas

12. L Definicin12.2. Fundamentos prctica del Aceros.

13. Endurecimiento por de un campo L.u .....;;,...... '-'".. ~ ...,14. Endurecimiento de aceros de bajo carbono

11.

12.

10.

9.

8.

Captulo VIENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR TEMPLE

181183183184185185187188188189189189195195197

200

""'................ "......."... 'v,,""..., por inmersinCalentamiento por llama oxiacetilnica .Calentamiento por corrientes inducidas

"''eL U 1..) JL e; por U.I.'-

VIII E. STURLA - TRATA...\UENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS

7. para calentamiento 2107.1. Generador de chispa 2107.2. Motor generador 2117.3. Generadores electrnicos 2117.4. Calentamiento en bao electroltico, efecto de ctodo ..... 212

8. estructurales de la zona endureciday aledaas o o o o '" '" o..... 215

9. Calentamiento superficial mediante lser 21610. Sntesis del temple inductivo 224

Recomendaciones prcticas para el temple 224

Captulo vnENDURECIMIENTO SUPERFICIAL POR ACCIN MECNICA

l. Mecanismo o,........................................................ 2272. de los procedimientos de puesta en compresin

de los aceros o............. 2293. "shot peenng" o bombardeo de perdigones 2314~ Endurecimiento superficial por rodillado o rodadura

de rodillos a presin 233

Captulo VInENVEJECIMIENTO DE LOS ACEROS. FRAGILIDAD AZUL.

FRAGILIDAD CUSTICA1.2.

3.4.

Definicin .Tipos de envejecimiento2.1. Envejecimientos trmico .2.2. Envejecimiento tensional ..Fragilidad azul .Fragilidad custica .

Captulo IXREVENIDO

239239239242246247

l. Defmicin 2492. Objetos del revenido 2493. del revenido 2524'~ Consideraciones generales 2535. Mecanismo del revenido. del revenido.......................... 253

IX

284291292293295

263., 263

266.. 267

273275282284

9. Dureza secundaria10. Doble y revenido11. Revenido a elevadas "(_""'''''l.L~IJi'",rr.i-,.... ",,~12. Colores del revenido

,.,ro1"'...'"'''' del revenidoa. del estado inicial del acerob. Velocidad de calentamiento ale y d)Temperatura y tiempo del revenidoe) de enfriamiento a continuacin del

7. Efecto del revenido mecnicas

387387388389393397399

353

Captulo XIICARBONITRURACIN

"""'!:ll"T.ll"3 de la carburacin.lementos y otros factores.

Objetos de la carbonitruracin .Factores de la carbonitruracn ..Referencias conceptualesFundamentos de la carbonitruracin .Contralor de la carbonitruracinFactores de la carbonitruracn ..

.LJ C.I.U.lJL..," u. .

7.

Captulo XIIICIANURACIN

1. Definicin ,.................................... 4152. Objetos de la canuracin 4153. Factores de la cianuracin 415

Captulo XIVNITRURACIN

1. Definicin 4232. Objetos de la nitruracin 4233. de la nitruracin 4244. Principio de la nitruracin gaseosa . 4245. Estructura del acero nitrurado 4276. Anlisis de los factores de la nitruracin 4367. Preparacin de las para nitrurar 4408. Protecciones para evitar la nitruracin de parte

de las piezas 4409. Ventajas de la nitruracin .. , 44110. Nitruracin en baos de sales 4421L Nitruracin inica 443

a. Definicin........................................................................... 443b. Tcnica del proceso 444c. Recipientes................ 445d. Aplicaciones o , , 447

NDICE XI

Captulo XV

449449450453453454455457

l. Defmicin2. del surnnllZa(lo3. Factores del sulfinuzado4. del5. Prctica del sulfmuzado6.7. Sulfinuzado a8. Prctica del tratamiento9. Recomendaciones

CALORIZADO

Definicin 4592. del calorizado 4593. Factores del calorizado 459

CROMIZADO O ALFATIZACINl. Defirlicin 4602. del cromzado 4603. Factores del cromzado 461

SHERARDIZACIN

l. Definicin 4612. Objetos del 4623. Factores de la sherardizacin 462

Referencias 463

Bibliografa : 464

'-'a.~.Jj."u.J.vVI 465Captulo XI 471

2Q

ANTONIO E. STURLA TRMICOS DE LOS ACEROS

.... .490.. ..491

.......491Industria automotriz.\.pJlIc:aCl.OI1LeS vanas.

..477nN',,","'" de las deformaciones por ..478'~~.h." ......... n'n..n y difusincnoc,--.rc'(;! de capa en ..482

inductivo por alta frecuencia de ~.L:;. UC;.L.LU.LC;.::lelementos de con conductos de lubricacin ..483

inductivo por frecuencia ..selectivo con llama oxiacetlnica 487

Inform.acin adicional de trminos tcnicos. ....... .493

Prlogo

fusin de la teora y la como HenryChatelier, debe ser hoy la preocupacin dominante de todos aque-llos que se tanto en el progreso de la ciencia como de la

"C,'6>,",6>lM lograda con la prctica taller que se vuelcacontribuir con quien deba tomar en el

llevar a cabo tratamientos brindndole lapara solucin.

La falta de esta interrelacin, el privar a la .... "C,,6>'"''''U, del controlde la prctica, da lugar a vanas y la

desprovista de una preClsa, inmovilizndoseou,I'''

ANTONIO E. STURLA TRATA.'\1IENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS

de ex-uu"..u., ....."'. tanto para como para resol-

ver o dudas y tambin para que constituya unauxiliar del profesor que tiene la responsabilidad de conducirlo u

en su con el propsito deque lo conduzca a una

de los fenmenos.

En las distintas de fabricacin de una se cometen errores, nr,,,,nl''''''''t'1aCI~ldenltes y tanto en la cementacin como en el El autor ha consi-derado necesario y conveniente analizar las citadas anormalidades en otro volu-men, a editar a la brevedad y remedios para su correccin o eliminacintotaL

DurezaRockweU Dureza

Dureza Dureza Rockwell DurezaVickers Brinell escala B Brinell HB

escala escalae A

70 86,5 1076 100 24069 1004 99 23468 85,5 942 98 22867 85,0 894 97 22266 81,5 854 96 21665 84,0 820 95 21064 83,5 789 94 20563 83,0 763 93 20062 739 92 19561 715 91 19060 81,0 695 90 18559 80,5 675 89 18058 80,0 655 88 17657 79,5 636 87 17256 79,0 617 86 16955 78,5 598 85 16554 78,0 580 84 16253 77,5 562 83 15952 77,0 545 82 15651 76,5 528 81 15350 76,0 513 80 15049 498 79 14748 74,5 485 78 14447 74,0 471 448 77 14146 73,5 458 437 76 13945 73,0 446 425 75 13744 435 415 74 13542 71,5 413 393 72 13040 393 372 70 12538 372 352 68 12136 353 332 66 11734 334 313 64 11432 317 297 62 11030 301 283 60 10728 285 27026 271 26024 257 250

246 24020 236 230

3200900

1700 3100

30001600 2900

700 2800

2700

140026002500

2400

4002300

700 1200 2200

2100

1100 2000

400 1900

300fOOO 1800

900'fl00

100O

TEMPLE

DefinicinEl temple es un tratamiento trmico que consiste en calentar un pro-

ducto durante cierto a una general-mente por del critico y luego bruscamen-te en un medio lquido o gaseoso y a veces por contacto con un slido.

2. Objetos del templese distintos entre los que se en-

cuentra la estructura martenstica que modifica las distintaspropiedades del producto siderrgico de las siguientes formas:

a) Propiedades fsicasal) Densidad: los aceros e hierros fundidos aumentan de

volumen por accin de dicho tratamiento.la resistencia elctrica del acero aumenta.

intensidad del acero disminuye.la sonoridad del acero Uo1C'o1Ul""U

b) mecnicas

la estriccin lael alarglmllenw

b1) Aumentan: la tensin de rotura por tracClon, el lmite elstico yla rI" ....nn"..

ANTONIO SruRLA TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS

En el productotente y duro, pero ms frgil. Esteel descenso de la ductilidad.

se hace ms resis-ms notable en el acero por

c) Propiedades qutmicasAumenta la al ataque aUlmlCO de ciertos

pecto al que poseen en estado recocido.con res-

d)El temple ...,v..,.."'" ".... un tratamiento T\,..'nr..",.. ...1""'-.n

obtencin de ..u ,....OLUOL'" estructuras y en cm[lSt~ct:leIllCl:l,ral~ter~lti(:asmecnicas.

SU1Pel11C:laJlml:mt:e o localizado determi-

e) Tratamiento helter()g~nfmEl tener entre otros por ....u.a.J. ...uau

mxima dureza en el acero e hierro fundido, prlopl.eaaanerse para afectar:

Solamente a la Y"l.n..... 1",o"...'"zona.

la masa metlica.

3.. Factores del templeLos factores que tienen relacin directa con el son:

\.,;omlJOEIIC]lOn qumica y estado del producto siderrgi-

b) de temple.c) de calentamiento.d) Velocidad de enfriamiento.A y con el el estudio trata-

miento se deja para ms el ................A,"' ..'" comentarios acer-ca de la influencia de cada uno de los factores del """..u .....'J.'C.

4,. del templeEl proceso realizacin del ".....'.A ..,"'-' ClornLDI'en.dea) Calentamiento del T\,..r,rln.-.9"n ''' .... ,0"...'',.. ......

Enfriamiento ........,u'V ............ v'V ..........,...... J... "..., en un medio

a) CalentamientoEl calentamiento de los productos para obtener el

necesario e imprescindible para practicar el temple, consti-tuye, del primer paso, un proceso de vital importancia. Losmientos y prescripciones iniciales secundarios del mismo son en un to-do segn el tipo de acero a del recocido y normalizado. En la

calentamiento la de los que van a for-mar la solucin slida es en el supuesto de un acero eutec-

la disolucin de la perlita se realiza en dos etapas: inicialmente seproduce la transformacin de la ferrita (hierro a) en hierro gamma (Fe y)(con lo cual se crea la condicin que permita la disolucin del carbono) yluego entra en solucin el carburo de hierro En un calenta-miento continuo la y puesta en solucin de los distintos

comienza a temperaturas cada vez ms ele-a medida que aumenta la velocidad de calentamiento.

Calentamientos ms como los que tienen lugar en el ternpJ.eselectivo (por elctrica o llama oXl~aceUle"UCI2,

laser o otros medios de calentamiento) una moderable ele-vaClon la a la que se los distintos componen-tes estructurales, y en consecuencia provocan temperaturas de templems altas. Estas temperaturas, no siempre son susceptibles de lograr,por lo es frecuente, del enfriamiento encontrar estructurasUJX'L'."la\.Jlao o a las distintas de austeni-zacin progresiva.

La velocidad de como el tiempo de atemperatura, dependen de una serie de factores entre los cuales se citan:composicin del acero, estado estructural, caractersticas dimensionales(forma, tamao o tensiones etctera.

Los aceros de mayor contenido de carbono y unavelocidad de calentamiento menor (por ser de menor conductividad tr-mica), a fin de reducir las tensiones que se originan por gradientesdos de temperaturas, entre la periferia el ncleo o entre dos puntos que.... u.c.Uc.u. producir o dar en las tensiones generadas, a de-

IlHiClUIle:s, fisuras o roturas, etctera.Este mismo es vlido y debe tenerse muy en cuenta

cuando se trata de de secciones et-ctera.

El calentamiento debe ser en la "'r.... ' ..... " ....mayor rendimiento del menor consumo energa, "0/"111'''''''-dacin y descarburacin y abreviar los tiempos del tratamiento.

Las tensiones existentes de rrr,nC't:u;eCIQ "'ni-l:>Y"l'''....CIC!en el caso de aceros fundidos o moldeados todo los de alto carbono)o ser incrementados si el calentamiento es rpido y provocar ac-'-"''''Lv'''>'''v'''', que se traducen en delorm.aClones, +ru....".rhl....n

que a afectar notoriamente almotivo de rechazo totaL

4 E.

v~C"H:;;lJ.,",(;U. el en otro hornoy de con lo cual se reduce no-tablemente el tiempo til del mismo y se asegura la de los

..., ....._........,,""'v accidentes.

b) EnfriamientoEn el como en el recocido de de los aceros al

carbono la totalidad de la masa metlica debe encon-trarse formando o constituyendo el estado austentico homogneo y uni-forme, en el momento de comenzar el al el metalen el medio de enfriamiento rpido. El de un v"vUAt--'v allOlne-re dureza. La transformacin de la ocurre g-eln.e]ralmE~nl;epor de 300 oC o sea a mucho mscocido.

El estudio del realizarse de dos formas:Con enfriamiento continuo tomando comoratura de calentamientofriamiento la cOlrre:spondlmt:ecesa de y.."v......."........Uy'''' la descomposicin de la austenita fuera de equilibrio,en funcin del tiempo, a distintas por debajo de Al-Para tal fin se enfra una probeta reducida masa)desde el estado austentico hasta una rl''''t"'~'''n11.n.....y .... tl~m.pera'[;urT' inferior a donde se mantiene a temperatura constante has-ta la transformacin total de la es decir se realiza latransformacin en forma isotrmica. Se verifica la transforma-cin por medios observacin rnicros-

"'V.JA~(:>', etctera............r>I'C'A fue estudiado y desarrollado por Bain y

5. Fenmeno y mecanismo del templeEl fenmeno

cin de la veJIOCllda,atras, se puede tal como se ha comentado, de dos formas:velocidad de enfriamiento un factor que depende de la naturalezadad medio de temple, de la masa del etc.trmico de acuerdo con la OV"r"\1"Oclt1,n Sl,glIleulte:

dTv = K. Tm)

siendo:

TEMPLE

K. Un factor que vara con la naturaleza delmiento o masa del metal.Temperatura de temple (estado ..........J".....u .... " .......v1'0"''''''''''''''''''1'"..-", del medio de enfriamiento.

de

Por consiguiente base a la expresin anterior, el estuC1:lO del meca-nismo del temple se puede encarar de dos a saber:

Mantener constante Tm y variar K, modificando, sea masametal, sea el medio de enfriamiento (mtodo de temple con enfria-miento continuo).

b) Mantener constante K y realizar el enfriamiento en tres(mtodo de temple con enfriamiento escalonado o poracuerdo con el siguiente orden:

b1) El metal desde Tt se enfra en un lquido a temperatura TI su-perior a Tm, pero inferior a la del punto critico inferior.El metal a (temperatura constante) durante untiempo t, lograr la transformacin de la auste-nita.En la ltima el producto siderrgico se enfra desdehasta Tm.

6. Mtodo de temple con enfriamiento continuo.Descomposicin de la austenita en funcinde velocidades de enfriamiento crecientes

En su oportunidad se sobre el diagramade las aleaciones del hierro y del carbono, el proceso de tnmEtmrmaCllnde la austenita, de composicin eutectoide en perlita; el eutectoide quecorresponde a un equilibrio reversible, est constituido por ferrita y ce-mentita. En dicha ocasin se consider, que para una dada velocidad deenfriamiento, el pasaje al nuevo estado se producir por germinacin onucleacin y crecimiento, estando el fenmeno' por la nucIeacinde cementita a cuyos lados, en funcin del tiempo, se la ferri-ta. La distancia interlaminar de este constituyente perlita est estrecha-mente vinculada con la ley de enfriamiento.

Si se considera que la velocidad de enfriamiento va aumentando, va-que se va atravesando ms rpidamente la zona de transforma-

lo que variar el de descomposicin la .........'n'v" ...... "."'.Del acerca de cmo se va realizando la descomposicin de laaust~nlta. se obtendrn una constituyentes cuyapn~senCl.a dar a la de las Cal~acter1st;lc2lS ..".,."",,'..........,...,0

El anlisis de cmo va avanzando o pf()~es~mClode la as como los nuevos "'''''..,'o+ .. 1-.... ''Uy.,.1-""" olbtE:mldo:s,

en funcin de la resistividad el~ct]:"lCl:l, uu....;;..........'''...n.uV''

6 ANTONIO E. STURLA - TRATp.MJENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS

cin, determinacin de dureza, tensin de rotura, alargamiento, anlisismicrogrfico, etctera.

Si se calienta el acero al carbono cOn 0,9% de carbono (eutectoide),hasta lograr el estado austentico homognea (temperatura superior Ac1)S a continuacin se lo enfra con velocidades de enfriamiento crecientes,dos fenmenos son detectados por cualquiera de los mtodos de observa-cin antes citados:

a) La temperatura de transforlnacin de la austenita desciende conel incremento de la velocidad de enfriamiento.

b) Se van produciendo nuevos constituyentes estructurales.En la figura 1 se ha esquematizado el proceso de transformacin de

la austenita con enfriamiento continuo de UI1 acero de 0,9% de carbono,en funcin de velocidades de enfriamiento crecientes.

Con la curva de enfriamiento V, se ha indicado la transformacinque tiene lugar por enfriamiento lento, por ejemplo, equivalente al que

Tiempos

Perlita Austenita Marten- Martensita Troostita Patiitasita y Troostita laminar

FIG. 1. Estructuras de los constituyentes obtenidos por enfriamiento continuoluego dea~t~Jlizar un acero e =0,90 %, a distintas velocidades de enfriamiento.

Posicin~~!astemperaturas de transformacin (segn Portevin).Transf~a!cinal calentamiento AlTransformacin al enfriamiento ~VCi velocidad crtica de temple inferiorVCs velocidad crtica de temple superior.

TEMPLE

o bien en el

aesclen.ae con

dentro delenfra al aire.

de una 1"1" ...,.,"' .... de alre-

se en el ciclo de rec~oc:lc1I::>,centro de una muy VOjLUrmrWSa

El constituyente obtenido, esdedor de 240 Brinell.

Realizando un enfriamiento ms velocidad V2' practicado alaire por ejemplo, su efecto, en piezas pequeas, es similar al que se obtie-ne en el centro de las medianas dimensiones enfriadas en se tra-duce en una muy fina que puede ser sorbita o troostitaras con durezas variables entre 350 y 400 Brinell.

Tal como se indica en la figura 2, el punto crticolentitud, segn ah az, a3' etc., en forma continua.

La troostita, se colorea con los reactivos no_~r"''''''''''' por el como oscuras n-dulos, en los lmites de los granos de austenita que le dio VA A5'-"U.'

.l.V.l.';;UJla.1.lVv el microscopio electrnico se ha determinadolaminar muy fino. Las lminas son muy ....v'Lh .............''''

sUlDSl:8te el poder de germinacin espontneo, el espesor las lminasdecrece hasta p. En la 3, debida a

la influencia de la sobre fineza de la ""Qt'rlll'hrr!lLa figura 4, original de muestra la influencia de la finura de laestructura sobre la dureza.

Velocidad deenfriamientoC/seg

Martensta M +A

muestra el efecto de la velocidd dede:SCCimlpmHC:LOn de la austenita de un

Troostta

Austenita

Martel1sta100

L

8FIG. 3. Influencia de latemperatura deformacin sobre lafineza de estructura

MEHL).

1.130

1061.090

1rK'

Espesor de laferrita

1.050

727 ....... decrece

1.010

Espesor dela cementita

1,50 .I.-__-+ .-..+-_-.il-_+-_.......--'970

2,00

2,50

3.00

4,00

3,50

de la deestructura sobre ladurezaGreen).

0,38:0-.---::----------------

200 220 240 260 280 300 320 Dureza Brnell

TEMPLE 9

En ciertas ocasiones es frecuente que, al obtener la estruc-tura se ha realizado un dulce; aunque con di-ficultades, el acero en tal estado, es susceptible de mecanizado.

Con'tinuando con el de la velocidad de enfriamiento, seobserva alcanzado el valor se produce un desdoblamiento de latransformacin; el punto Ar se en dicho instante Ar' y el nuevopunto situado por debajo de 300 se identifica como Ar'" define la apa-ricin de un nuevo constituyente, muy reacio a con los reacti-

y de una conformacin acicular, llamada cuya caracte-fundamental es su

A la velocidad de enfriamiento que define la presencia de martensitase la denomina velocdad crtica inferior de temple. En la se pue-de objetivar este proceso como el que se obtendra templando msbien pequeas en aceite.

La velocidad V4 un incremento de la proporcin de martensi-ta en detrimento de la el acero experimentar un nuevo au-mento de dureza. En la fotomicrografia 5 se observan los constituyentesque se obtienen en estas condiciones de temple: troostita oscu-ros) y martensita.

Cuando la velocidad de enfriamiento V5 es tal, que aef,arlar1ecesolamente se produce la transformacin martenstica, el acero harido su mxima dureza y entonces se dice que est templado. A estacidad, que puede ser del orden de 200 cC/seg (para el acero en estU(11l0se la designa velocidad crtica de temple superior. La condicin que satis-face este se enfriando, por ejemplo, el acero en aguaa 30 oC.

5. Aceroeutectode templado

a una velocidadcritica menor la

critica de

10

En la J.V"'JULL"'Lfa 6 se muestra la es-tructura resultante deun acero tem-

en a 30 oC.se pre-

senta en forma dejas o acicular y elblanco austenita resi-duaL

FIG. 6. Acero eutectoidetemplado enMartensita enacicular sobre un fondoblanco de austenita.

con nital2

Como es dable la transformacin de la austenita ha cam-biado por completo, ya no existe el proceso tiene enforma instantnea desplazado hacias en unintervalo designado y fin de la transformacin) que seextiende para el acero eutectoide entre +260 y -160 oC y que es insensi-ble a la velocidad de enfriamiento (ver nota al final del captulo).

Con del ltimo caso (velocidad la austenita sufre latransformacin ya a el contena a elevada tem-

se ha por para lugar a la formacin deen este caso (velocidad solamente

ha producido la de yen a, pero alqjadoel carbono en solucin, inserto en el cubo de cuerpos centrados. Como serecordar el hierro alfa o ferrita disuelve a temperatura ambiente sola-mente 0,008% de carbono.

La que interesa a la aUSLEmrta,en un breve del orden

lurUlllCllJill de delos lmites de 0,5 . 10-7 hasta

ve'LOC:La8l0 media de crecimiento es de de 106 rnln/~~pO'Las dimensiones las de estn 11l1mtao.as

tamao de los granos de austenita. Cuantotanto ms sern las de

ra de martensita una dimensin COlrr~Splon.d.llentedel grano de austenita sucesivas quetada su por en nrlI'nC'1r' ~r''rn,",.r.Asern

TEMPLE 11

Fe

e

Fe

e

e

e

Fe

Fe LJ-----....e-------I-:.I

Fe

n ..." ....... ,'"'1f"F"" cristales tendrn una orientacin entre

FIG. 7. Austenita: carbono enel centro del cubo y en el

medio de cada arista.

e

s que formarn un de 60 a 1200 , los restantes seEsta orientacin est directamenteaustenita.

La de las placas de martensita con elmetalogrfica, cuando se la observa en el microscopio nrlBSmta n'"'\Y"H't"'\Y" .....ciones aciculares.

En larepresentado

de sepuede observar, en com-........ ''' ... r-lf'1n con la de lara 8, la modificacin dered y distribucin de lostomos tanto de hierro co-mo de carbono.

Fe

Fe

e

Fe:P'

........- 2,64~Fe LI---------I.J

r-Fe3,04 e

Martensita tOt-""H"f'lnde temple.

FIG.

El nuevo estado, martenstico, est fuera de equilibrio, se trata de .una solucin sobresaturada de carbono en hierro alfa (ferrita).

Los tomos de carbono, se como se indica en la figura 8, enel sentido en la mitad entre dos tomos de hierro.Mediante rayos se ha podido detectar una cierta distorsin de laindicando la conformacinligeramente tetragonal ocuadrtica := 1,037). Enla 9 se ha represen-tado variacin de los pa-rmetros de la maUla tetra-

de la martensita contenor de carbono.

o

12

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

2,0e

A3,663,643,623,60

~-+-_+--+_-+-_+--+_-+-...J 3,581,8 2,0 relacin

e Sa

1,10 segn Honda y Nishiyama+ Ohman

A

2,90

3,08

2,92

FIG. 9. Variacin de los de la malla tetr~:on,alde la martensita con eltenor de carbono y de la austenita.

La elevada dureza de la martensita tiene relacin directa con el gra-do de deformacin. La relacin c/a est dada por la c / a :::::1.000 0,005) + 0,045 x % C.

Si el carbono es cero, la relacin es la unidad.En este caso la celda, es la que corresponde a la ferrita.Los del lado del cubo son una funcin lineal del conteni

do de varan en forma directamente con elcontenido de en otras el grado es tantoms intenso cuanto ms es el porcentual de carbono. De esto seinfiere que la no posee esno es considerada como un 'AHHUUC,"",\J '""''-''"''u,.......",sistema una sola fase de COJm[)OSlCInterstico de una slida.

13

En sntesis la velocidad crtica de velocidad necesariamantener intacto el estado hasta la del

punto Ms, es decir alrededor de 260 oC para el acero con 0,9% carbono.A este respecto, es conveniente hacer notar el papel que en este

el tamao del grano, cuanto mayor es el grano delacero, tanto menor ser la velocidad critica de temple, dado que las jun-tas de los favorecen la nucleacin En este sentido corresponde te-ner el del grano, es tanto mayor, cuantoms temperatura de austenizacin (previa al temple) y eltiempo de permanencia a dicha V"""UtJ'uL

En la figura 10 se nota la influencia del ~ontenido de carbono de losaceros, sobre la de del Ar''' sobrelas mximas durezas que se alcanzar.

TEMPERATURA DEAPAR1CION DE AR'"

%C

MAX1MAS DUREZASDESPUES DEL TEMPLE

HReL.--

/'"/

II

70605040302010

O 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

FIG. 10. Influencia del contenido de carbono de los aceros, sobre la temperatura deaparicin del Arm y sobre las mximas durezas que pueden obtener.

La figura 11 muestra la variacin de distintas fsicas delpor del temple. La martensita esla 12 se la variacinar~~armntlD, en funcin del contenido de "''Jilr''hn,nCl

pe

VeT

Amplitud de Aa

CONCLUSIONES

FIG. 11. Variacin de las pr

TEMPLE

estaDJle Oresidual que no se ha transformado, por CO]USllg'Ulellte la durezaobtenida, es inferior a la del caso por la de la austeni-ta residual que es relativamente blanda.

En"la figura 13 se han graficado rdenes de grandores caracte-rsticas de los distintos constituyentes. La austenita es de baja resisten-

gran alargamiento y resiliencia elevada.Se ha considerado el caso de un acero eutectoide pero puede ocurrir

que el mismo tenga ferrita libre si es hipoeutectoide y cementita libre sies hipereutectoide. Estos constituyentes pueden encontrarse noobstante haber realizado el temple en los siguientes casos:

150

100

50

3020

o

crt =250/300

az = 225/250

1 234

Ferrita

234 1 234

Perlita Martensita

123 4

Troostita

FTG. 13. Orden de grandor de las caractersticas de los U.lO"J.U"VO constituyentes.Tensin de rotura at Irnl",,",,2Tensin de fiuencia az Ircr/'rnn'l:':

(3) AJargamie:nto por

16 ACEROS

S en el calentamiento del acero hUJoE:mt,ec'tOlde,zado entre entre yno se ha IAcn-r1ncementita rel3p(~ctlV(lmente.la del acero que

b) En el caso de la austenizacin ..,nTliT1,'OT'''''SU:SCEmtlD1e que el enfriamiento no sea en la parte lo

cuando atraviesa o Acm como paraimpedir la precipitacin de la ferrita o de acuerdo conel acero que se trata.

El estado con ferrita libre o producidolentamiento inadecuado o un enfriamiento inicial insuficiente, .rnT"\"""'"

las as por la deuna en un acero templado, sue-le reducir el lmite y la resistencia a la

A modo de se reconlienda tener que la VeJlOC:LCl2lClcrtica de depende de una serie de y vara con la compo-SlClOn acero sobre todo por la accin del contenido de carbo-no. Los elementos de manganeso, cromo, nquel, molibdeno,

tienen tambin en variada de acuerdo con elcontenido a la de dos o ms de

7. Dureza del acero templado. Martensitala alta dureza de la marten-Los factores sobre los cuales

sita son:a) de de cementita de la

"',.... .......,,1'"\.... slida gamma y retencin de esas partculas en forma desolucin slida sobresaturada en el retculo del hierro alfa (for-mada en el enfriamiento hasta donde ac-tan como impidiendo el escurrimiento.

b) del retculo.c) internas.d) del grano [mo.AdlU(l1C~m(lO valores a los distintos factores se

nitud resultante de la del acero de la SU!Ulente

Dureza natural de la ferritaAumento por afino del granoAumento tensiones internasPresencia carbono en lao celda elementalTotal

115 Brinell80 BrineU200 Brinell

285 Brinell680 Brinell

TEMPLE 17

Del de los se observa que la de la martensitaes veces superior al de la ferrita.

La (ragilidad de la martensita, est vinculada con las tensio-nes internas que se originan corno consecuencia del temple.

Entrando ms en detalle la alta dureza de la ....... o'"...'"n~"',.Y"njin (Metalografa y tratamiento trmico de los metales) dice: "se laalta dureza por la formacin de una delgada heterogeneidad micro y sub-

mll~ro:scplc:a de su distribuida regularmente por todo el volu-men, es por una gran cantidad de defectos en la estructura cristali-na. La heterogeneidad microscpica se fonna como resultado de que en elgrano de austenita surge una gran cantidad de cristalitas finas de mar-tensita, por

"Cada de est compuesto de bloques, cuyas dimen-siones son considerablemente menores que en la austenita bsica. Lafragmentacin de los bloques, se produce por las grandes microtensionesque surgen como resultado de las variaciones de volumen durante latransformacin 'Y~ a (endurecimiento de "

"Los lmites de los bloques de martensita, que tienen dimensiones li-neales cercanas a 200-300 A, forman heterogeneidad submicroscpica. Elespesor de las de martensita es de 0,001-0,1 mm. En este es[)aC]LQpueden ubicarse de 30 a 5.000 bloques de mosaicos de los demartensita. Las superficies de separacin de las placas de martensita ysobre todo los lmites de los bloques, son obstculos dificilmente fran-queables, para el movimiento de las dislocaciones."

"Dentro de los bloques, el movimiento de las dislocaciones, se ve difi-cultado por los tomos de carbono, que se encuentran en la red cristalinade la martensita, y que crean deformaciones estticas de la red cristali-na. Todos estos hechos, determinan la alta dureza del acero con estructu-ra La fragilidad la martensita est relacionada con

0'T"~n''If'1t:>a tensiones internas que surgen durante su formacin."El volumen especfico de la martensita es el mximo, mientras que el

de austenita es el mnimo.El volumen de la austenita con un porcentaje de carbono

variable entre 0,2 a 1,4% es de: 0,12227-0,12528 cm3/g, mientras que elde la martensita est comprendido entre 0,12708-0,13061 cm3/g.

Los correspondientes para los distintos son:

Volumen especficocm3/g

Conglomerado ferrita-cementitaMartensita

a 0,127

De la 'lhQPJ'V~('lt\n de los valores se que, durante la formacin

de la se una modificacin del volumen queuna de las causas ms que ten-

siones internas y factibles de dar a deformaciones e inclusive de~~r,hcn ....c>'" y fisuras.

El grado de deformacin de la es funcin del contenidode carbono, de ello se infiere, que as ser el aumento de volumen, comose a continuacin:

Contenido de carbonoAumento de volumen

C%%

0,40,4

0,60,46

0,70,85

0,830,9

De los valores citados se deduce que el mayor aumento de volumencon el acero eutectoide, que por esta es el acero ms

;::'C:J.J.,;:)J.llJJ.c; a las deformaciones y cuando se lo IJc;J.U t-J'LC1..En el acero con de se observa una del volu-

men, como consecuencia de una de austenita residualque tiene menor volumen y por ende de la mar-tensita.

En la los valores de dureza y volumen es-pecfico, para aceros al carbono en funcin del contenidode carbono para el metal (estructura y en estadorecocido.

H

700 0,1294Ha

r---ro ~N 600 /' 0,1290

En la tabla 1, se dan los de las propiedades mecnicas de losaceros al carbono en funcin de las distintas de martensi-tao

TABLA 1

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS AL CARBONOCON DISTINTAS PROPORCIONES DE MARTENSITA EN SU ESTRUCTURA

Contenido Proporcin de martensita Tensin de Tensin de Estriccinde carbono enZa estructura del acero rotura

t Oz

NOTA:

en un trabajo sobre la martenstica:"The nature of martensite. Transformacin of Julio de 1959" ex-presa lo "El mecanismo de la transformacin martenstica es,en un reordenamiento de la red cristalina en el cual los tomosvecinos relativos inferiores a las distan-cias interatmicas y con lo cual los tomos no han cambiado sus posicio-nes

Resulta por eso que la necesaria este pro-ceso muy dbil ser LU'_LLAUC;Ll Y'\lF'",,,nai-,,, por la trmi-ca, mismo a temperaturas relativamente (lo que no seria el caso si

procesos de difusin).esta desde hace mucho ",,,vUlI../V

la transformacin m

Captulo 11

CURVAS "5" DE BAIN Y DAVENPORT

1. Transformacin isotrmica de la austenita.Diagrama TTT o Curva "8"

En ocasin de estudiar la transformacin de la austenita conmiento continuo, se ha podido que las transformaciones inicial-mente producan con lentitud, pero a pesar de ello demandaban oinsuman en cierto Se adems que la formacin de laperlita tena lugar en dos etapas: donde la transformacin se originabapor desplazamiento o movilidad los tomos que deban difundir:

transformacin de la red cbica y) a la de de cuer-pos

b) formacin de la cementita.estudiado el papel que juega en las transformaciones, la veloci-

dad de enfriamiento y observado que, a medida que la misma aumenta,la estructura de equilibrio ferrita-cementita (perlita) se obtiene cada vezcon menos definicin lograr productos de transicin queael:>erlaen de la velocidad de enfriamiento y de la conrlpOISlClnEn virtud de lo dicho, la transformacin se vaa menores 721C.

conocer la cintica de la transformacin de la es ne-enfocar el estudio del problema desde otro punto de tal co-

mo lo hicieran en la oportunidad BainLos mtodos para los que lu-

gar a distintas ser los mismos que enocasin del estudio las transformaciones con enfriamiento continu.De ellos el anlisis y el mtodo dilatomtricoque es muy ya que el volumen la red del hierro alfa (cubos

t'Y'Pr........... .o que la del hierro gamma portr~lnt=ltOJrmaC]lOnde la austenita (red gamma) en el agre-alfa) y cementita, se con dilatacin.

El en forma sinttica, en las transforma-ciones que se obtienen por temple interrumpido en un bao de sales o deplomo fundido manteniendo al medio a una constante.

Si se una probeta (de pequeas para elefecto de de un acero eutectoide y se lo calienta a una temperaturasuperior a de manera tal que la estructura est constituida slo poraustenita homognea, y luego se la sumerge rpidamente en un bao desales que tiene 650 oC se mantiene a esta temperatura, tiempos varia-

como se indica en 1 y luego en todos los casos se lo enfrabruscamente en agua.

Mediante el examen de las probetas, se ir consta-tando el de transformacin la austenita. As por ejemplo al ca-bo de dos de a 650 transformadouno por ciento de y el remanente que en la se seala conreas blancas al enfriar bruscamente el acero en agua, a con-tinuacin de los dos se obtendr mariensita. La proporcin demartensita de la templada corresponder a la austenita an notransformada.

La curva inferior de la figura 1 en funcin de la dilatacin,cuantitativamente, la cantidad de austenita transformada en perlita.

En la figura 2 (a) se ha indicado con rs, la curva antes mencionada-donde se puede que existe un perodo o tiempo de incubacinor- (requerido para la formacin de un nmero de grmenes) o sea deestabilidad de la austenita, a continuacin del cual se forman los grme-nes o ncleos de comienzo de transformacin con una velocidad Vg (velo-cidad de nmero de por unidad de tiempo y volu-men). ncleo o germen formado crece con una velocidad lineal Vc.Retomando la figura 1 cabe formular las consideraciones: alcomienzo de la el acero slo contiene reas ypoco numerosas de perlita por cual la pendiente es pequea. Ellas cre-cen en el perodo rs (figura 2 [aJ)o Durante el transcurso del tiempo quecorresponde a sq la superficie de contacto con la austenita madre crece ypor la descomposicin se acelera. En la final de la

a q la velocidad de avance....4........4'''''.... como consecuencia del crecimiento de las reas de

perlita, que o molestan su desarrollo.Las curvas rq son tanto ms extendidas, cuanto ms elevada es la

1-0''''''''1''''0,",,,,1",,,,,,,, de transformacin.velocidad de transformacin depende de velocidad de nuclea-

o sea del poder de del acero de la,,"-JU4AA'-'LLIJ'V Ve Es evidente que cuanto ms prxima tem-

"","" ... r>ih'''''r> de transformacin a 700 no obstante la gran' difusin, losEsto difcil admitir a""...'...,..,. ,,", ... n

veJlOCJl

DE 23

Tie o en segundos

Enfriamiento en sales a 650 seguido deenfriamiento a temperatura ambiente luego demantenerlo a 650 oC durante varios tiempos

0,9

TernPE~ratura de

100

90

80o'U 70alE.E 60(J)c::

~ 50 T 650 oCBc:: 40Q)'

p--iAr"

Ms ._~t

Ar'"

~

Vg

a

1000 t (seg)

700 ""!IIIi!~-""a'-' t-650 'I---;.........---I,,..a;..,~~

~ W b500 1---,..4-4lIIl~1-H+-~~:--- "'L - t 5~~400 Ar"

:::::::::: JI...650_O1----+---+-----:---+--1 - -~- - - M

_.... - --

-100 1..-_-.1.__--'- --'--_......

roe

t(seg) 20 60 100 %

FIG. Transformacn isotrmica de un acero eutectoide (C 0,90 %) 650 oC.(a) dilatacin-t.iempo T 650 OC)(b) TTT(e) en funcin de la telm{:ler:atllraA = austenita Ms comienzo de transformacin martensticaP B bainita Mf = fin de la transformacin martensticaM martensita Vc velocidad de cristalizacin o crecimientoVg Velocidad de nucleacin o g-el'mllllaClQln

de difusin de los tomos de carbono, es tanto ms cuanto mselevada la "Pero ocurre que debe tenerse en cuenta la for-ma de los de ferrita y a su vez delos factores que que el crece con la tem-

de y los tomos de en virtud de ello, de-recorrer un camino ms amplo para su de

manera a la de la ae:sc()m1Po~:aC]lOnes -Guillet-.

Procediendo de esta manera, para L' UL'" t~jmpera1~ulasinicial de de la mismamer caso la constancia y el enfriamiento

a intervalos variables se construir una curvadenadas los valores de las YccH-nn,...."t".' ... r"'. y en abscisas

CURVAS DE BAIN DAVENPORT

fijar de la 10"'01" ..." .... 1....... forma:los

Ci:ll,U,,,.:>'u."J;::} sern dos curvas quede la transformacin de la en consti-cm:'re:sp()n(uent~s a cada temperatura. El conjunto de

soaustenl1;ICflS trazadas en (b) de la 2 constituye el diagrama tem-peratura (T), tiempos (t) y que dada forma que ad-

se la ha dado llamar tambin curva C.En realidad, continuando con el estudio de transformaciones, se lle-

a o establecer tres dominios de ........,... c ........,..n..u:1CHJn(~8 ""~.u....uau.ul",en las 2 Y 3 como dividiendo la de temperaturas desde 721oC hasta por Ar', Ar" y Arm . Es evidente que sus como

que suelen curvas, dependen de la composicinotros factores ..

Ar' de 700 a 500 oCAr" de 500 a 250 oCArm por de 250 oC

A cada dominio le cuya microestructu-ra estn bien oelIDloas.

conveniente tener que para interpretar los fenmenosque se detallarn a continuacin, existen diferencias esenciales, entre lostres dominios, en lo que a la formacin o generacin de los constituyentesse refiere.

En lo que concierne a la de las .....01.....,',...1""' ........'0tes a los dominios Ar' y Ar", cabe hacer notar quedor es la difusin (movilidad o desplazamientos de es quese basa sobre el principio nucleacin o germinacin (velocidad de for-macin de Vg) y del crecimiento de formadas (veloci-dad de Ve). En la (e) de la 2, se ha representadoel comportamiento de dos VeJlOC:loalGe:s.

Haciendo al dominio Arm la cintica de la formacin delconstituyente, es totalmente distinta, ya que no existe tiempo de incuba-cin ni de crecimiento, el constituyente no se forma en funcin del tiem-po, sino que su constitucin es instantnea y la cantidad producida de-pende de la temperatura, vale decir que el aumento de formacin de lanueva est directamente vinculado con el descenso de la temperatu-ra, por las isoaustenticas sern horizontales.

1.1. Ar'. laminar: Perlita gruesa y fina. Zona (1) y de lafigura 3. Curva de enfriamiento "a"

Para al crtico la demientras que la de crecimiento Vc es gran-

nUCle:aC:lOn se inicia con la formacin de deaplLaamEmt1e, a continuacin de la se nuclea

estructura laminar perlita (fotomi-

Austenita estable para hipo e hipereutectoide

Austenita inestable

A

Finezade laslminas

HRC =30/40

Ar'"MartenstaHRC 63/66

n HRC 40/50

oGruesa

HRC =5/20

\ AtaqueJ ms lento

50

B

o

Austenita estable

\\1\1- -

(5)

\\1\

11 \ (a)I,\ \

\ \ \tl \ \

1 \ \\ I \1 1

SOC \ 1 \1 \ (b)\\

1 1I \\ \I \ \

\11 1\ \I I (e)

\,

(d)

Itelpre'S811ta,clcm et3Qllenlat,lca de una curva TIT de un acero: C 0,9 %Curvas de enfriamiento.

Zona (1): Gran libertad de movimiento molecular Velocidad de reaccinla de la fuerza impulsora a alta difusin.

'l"

BAIN 27

FIG. 4. Perlitalaminar: lminas

alternadas deferrita y

cementita.

En la figura 5 se ha esquematizado la formacin de la perlita. A esterespecto, cabe consignar que cuanto ms elevada la temperatura detransformacin, ms gruesa ser la perlita; por el contrario, a medidaque aquella tanto ms finas sern las lminas y por cons-guiente mayor la dureza del constituyente resultante.

Para las temperaturas inferiores al punto crtico Al la velocidad decrecimiento Vc disminuye, mientras la velocidad de formacin de

crece, la distancia tal como se expresara an-0.....,.. .,.,.1'''''' y la perlita, en orden descendente se va haciendo

cada vez ms fina, hasta llegar un momento que las lminas son discer-nibles slo con el electrnico.

Ncleos de Nucleacincementita lateral

lJ.eprE:sentlclcm e:~qtleIllatlca de formacin de la

Nucleacin enborde de grano

por nucleacin

eLa dureza del constituyente es inversamente proporcional a ~, dis-tancia interlaminar:

Plaquet~sde agregadosde ferrita y cementita

muy fina

(HB, dureza Brinell),1 . HB =80 (,1 en

encarbono

Ncleosde ferrita

1.2. Zona Ar" Bainta (superior, media, inferor). Zona B de figura 2.Zona (4) de figura 3. Curvas de enfriamiento (lb" y "e" de la figura 3

Desde el punto de vista de la gnesis del proceso, se observa que enla zona superior del dominio Ar", la velocidad de germinacin Vg es

mientras que la de crecimiento Vc, es pequea. En este caso lapasa a ser el elemento rector de la reaccin, por lo que su forma-

cin predomina sobre la de la es decir constituyendo una es-tructura formada por ferrita y cementita, pero nucleada por aqulla, alconstituyente as formado se lo designa bainita superior. En la figura 6se ha esquematizado la formacin de este constituyente, donde las reascorrespondientes a las lminas de ferrita son bien reconocidas, fotomicro-grafa 7.

Las partculas de carburo se disponen entre las lminas de la fase al-fa (ferrita).

Una manera conveniente de observar la bainita superior, con-siste en interrumpir la formacin A""-'""'-'JL AU.J.vU del constituyente (30%), Po:r'un temple brusco.

FIG. 6. Bainita ",,,no,..,o,.. ferrita con aspecto de listones y lascementita son de plumas aves.

En funcin de la fineza del constituyente, se puede alcanzar entre 30y 40 Rockwel,l C. (En la zona de temperaturas ms respecto

En orden descendente de la temperatura de ade las proximidades de Ab se van observando las siguientes estructuras

conformacin laminar: perlita gruesa, perlita fina, sorbita y troostita.

DE

280

la dureza vara entre 40 y 50

(a)

(b)

a ......"' ........... sobre un fondo claro de martensi-

Con la obtencin de esta 00'"'1"'"1'1'1"""-0Rockwell C.

Con mlCTC)SOOOllO electrnico se determina son reas desobre la ferrita prl:le11tE!ctIDldle en los contornos de los

granos, con una de y cordones de cementita pa-ralelas a la dimensin mayor del rea.

En la fGrmacin de la bainita media la veJ,OCJlU;lUlo que un aumento del aS'De(~to a.l,.jLl,.U~a.l

el constituyente ferritade Ar" medida que la temperatura de tralllstormalCllll oeSC:leIloefusin del carbono en la austenita se hace cada vez ms es decir, amenores la velocidad de difusin es despreciable, mien~tras que el de germinacin es dbil y la velocidad de cristalizacines estas condiciones, tal como se indica en la figura 8 y 8' elC>lT1..onr",rfn ferrita-cementita tiene una forma acicular (aspecto demuy caracterstico. La cementita no es discernible. Se puede obtenerestructura observar su forma, deteniendo la transformacin (10%) porun La dureza oscila entre 50 y 60 Rockwell C.

Ferrita sobre-saturada

Coherente

FIG. 8. Bainita inferior. ~J)elL:lUdelineadasuna

La ferrita es acicular y la puede estar incluso en el interiorde la ferrita forma de plaquetas minsculas que tienen un de55-60 con el longitudinal de la ferrita.

FIG. 8'. Bainitainferior.Sobre el fondoclaro de ..... n.".+.'.~n'.+~se venque sonprobablemente de lamartensita formadaantes de latransformacinbaintica y

.os DE BAIN 31

1.3. Zona . Martensita. Dominio de laCurva de enfriamiento d

el acero se enfra lo suficientemente se objetivacon la curva de enfriamiento d) como para evitar zonas Ar' y Ar", laformacin de la martensita se como si la velocidad de nuc1ea-cin y de crecimiento fueran extremadamente En realidad, enel mecanismo de formacin de esta estructura no difusin ni proce-so de crecimiento, que eran los caractersticos que presen-taban dominios Ar' y AJ._n. El proceso es instantneo, el aspecto delconstituyente, es acicular en forma de agujas ms o menos fmas forman-do ngulos de 60. Se trata de una solucin sobresaturada de carbono en

a, es es una solucin slida de composicin variable en fun-cin del contenido de carbono. Esta solucin slida es anormal, ya que elhierro alfa no disuelve sino 0,008% de carbono a temperatura ambiente,por lo tanto, el temple ha obligado sin a la red cbica centrada aabsorber carbono en cantidades variables, donde se produce una dis-4-~""'Cl1"...... de la red que resulta cuadrtica o Esta distorsin

~~y_ ...r,r11lua uno de los factores que la dureza de la mar-"'-'U."''''V'~, que ser tanto ms grande cuanto lnayor la distorsin, es decircuanto ms elevado el contenido de carbono de la marlensita. Cuando la

ha sido enfriada rpidamente hasta una temperatura de alre-dedor de 250 oC (para este acero) la transformacin martenstica aparece(punto Ms, s pero su formacin no es funcin del tiempo y esque solamente continuando el enfriamiento (enfriamiento continuo) essusceptible obtener nueva cantidad de la estructura madre (austenita)transformada en mariensita. Cuando se interrumpe el enfriamiento, ce-sa la transformacin, por consiguiente la proporcin de mariensita logra-da es funcin de la temperatura alcanzada por debajo de Ms. Las lneasisoaustenticas son rectas horizontales, tal como se ha indicado en la fi-gura con las Hnes de Ms, 50% y Mf. Por el aspecto o conformacin ge-

la curva se la curva de la o de Bain.En la 9 se ha diagramado el proceso de avance de la formacin

marienstCa.La austenita inicia su transformacin en martensita a una tempera-

tura crtica Ms, caracterstica para cada acero sensible al contenidode a una Mf, de O tambinde1IDllda por composicin qumica del metal de del:Ja::)arl-cin de la austenita restante).

La de mariensita formada para un dado descenso de tempe-no es constante. El nmero o cantidad de agujas producidas, es

De(]Umo y a medida que la desciende dicho n-(,4. u.,,''''', hasta que decrece de nuevo, hacia el fin de la transfor-

taor

:a,:m

Jrle

;a.orli-,an-lnel

FIG. 9. Avance de latransformacinmartenstica.

..e

300Ms

250

200

150

o 25 50 75

Mf

100de austenita transformada

en martensita

FIG. 10. Transformacin de la austenita en funcin del descenso de

en (h), Y (d) las distintasdientes a la la formacin de la martensita.

son de mayor tamao que las en funcin de .......HJfJ'cJ.LlL'c...ms mientras que las son menoresnos reas de austenita su el"""'''v'''J''''', el estar de ~""~J~'~

como austenita

DE

(b)

(e) (d)

FIG. 11. Esquema mostrando la formacin de la marlensita.En (a) se ha representado un de austenita donde pr()~eSlVaJ:nenteque la va por debajo de

ap.are~CIEmd.o la estructura como seson las tienen menores porque no existe

espacio para que sea de otra manera. Cumplido el ciclo el grano estar lleno demariensita y el rea blanca remanente (restante) a la austenitaresidual.

consecuencia, el acero templado a la temperatura ambiente, conservauna cierta cantidad de austenita residual.

El volumen o la de esta austenita remanente no transfor-es funcin de del acero, de las condiciones de auste-

nizacin y del telnp1le.Existen numerosas evaluar la

situacin de Ms y entre

Ms 500-300% C - 33% l\tIn 11% Si - 22% Cr - 17% Ni - 11% MoMf = 480-600% C 33% Mn - 11% Si 22% Cr 17% Ni 11% Mo

lade aleacin

rel0n3Smtaao la influencia de varios elementostmnpenlttlra de comienzo de la transformacin mar-

Ni

2o

tenstica Ms de varios aceros con un contenido de 1% de carbono. En 1figura 13 se muestra la relacin entre el tenor de carbono y la temperatura de comienzo de la reaccin martenstica Ms.

La estructura martenstica que corresponde a un equilibrio inestabIe, tiende a modificarse a medida se la somete a uncalentamiencon elevacin de y la conduce a un estado ms es

que en condiciones estar constituido por el ag:ref;ra

JS CURVAS DE DAVENPORT 35

Transformacinperlitica

450 550 650 750Temperatura de transformacin

Transformacinbaintca

350

26 ~----~+~-~--,+----~--___l

58 ,..---.....,...---....-------..------,

42

180

EEB, 140 1----lI~~---_l__---+---~:x:

10

60

c:'0 40"[3u

.;:)w

20

16

ocr:

IctlNID:so

ID ID ID 60 ..----~+----+--~,.....-----I

ser considerado comopor en-

FIG. 15. Diferencia entrela det-T'~1ny media

estimacin del valor depor la n"'."' ..r."".r' ......

LO}-

T minVcs =

t min

diversas curvas de enfria-isotrmico y de en-

L>l''Y\ n,,,,.. r:.tTI'''o. COlrresponaH~m;eal crtico inferior.de estabilidad mnima de la austenita so-

breenfriada en oC.tiempo de estabilidad mnima de la austenita en zonaperltica.

mm

AlT min

16, se han representadolas correspondientesH;"".LU.'~"''''~ continuo.

Sobre el '>,r"'>lrn'> COlrresponOlE::m1;e a las curvas TTT de un acero eu-17), se han trazado cinco curvas de enfriamiento continuo,se han objetivado:

a) Curva de enfriamiento A, similar a la de un recocido de regenera-cin.

s,~ss,Le0,

GOn.a;1-

ellala

b) La curva de enfriamiento B corresponde al normalizado de unacero con determinada masa que la transformacincomience en B l y termine en

800 - 1.400 FAa1700

1.200600

1.000500 \

800 \400 \

600 \\300 - Ia400 Ia 200200 100 -

Sl- O

MartensitaPerlita

Principio austenita perlita

1103

Tiempo de transformacinen 5eg.

:1FIG. 16.

DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUODiagrama isotrmico

---Diagrama de enf. continuoCurvas de enfriamiento a velocidad constante

SegundosIOOco/.(}()()

Comienza latransformacin

Termina latransformacin

lIJO10o

-F;m~~f~d; - ]Martenslta

Martensita100 t--I---+-T---+--~........r__---+--~

Termina- - --

lOO t--t-+t--~r+__\_--+_-----t----_lIfs

400+--+--1-\--+-'\----;----4----1

3()()t--t--H-~~_+_-----.,;~--_+---_l

50o+--+--ti+--H'-+---+-----+~r__-~

FIG. 17. Curvas de enfriamiento continuo correspondientes a diferentestratamientos trmicos sobre los diagramas TTT.A. Curva de recocido de regeneracin.By C. Curva de normalizado.D. Curva de velocidad critica de temple.E. Curva de velocidad superior a la critica de temple.B C pueden representar tambin las curvas de enfriamiento de un redondo:

y

c) La curva de enfriamiento definida por si bien corresponde aun normalizado, presenta la caracterstica posiblemente por pe-

masa, que una de acero resultar templado, es decirestructura ser mixta.

BAIN 39

J:

a

r

La curva de enfriamiento D, es la curva lmite que corresponde ala velocidad critica de en virtud de la cual el acero resul-tar templado.

e) La curva de enfriamiento E, corresponde a una supe-rior a la critica de temple.

4. Gnesis de las distintas de la descomposicinisotrmica de la austenita

La gnesis del desarrollo de una reaccin en estado slido est regidopor dos factores, a saber:

La fuerza impulsora de la reaccin.b) La difusin.La fuerza impulsora de la reaccin: Depende de la diferencia de

temperatura entre el estado de equilibrio y la posicin en estudio (debajola temperatura de equilibrio).

La difusin o libertad de movimiento molecular: Tambin de-pende de la temperatura, dado que cuanto ms baja sea ms seafirman los vnculos o enlaces atmicos.

Los cambios isotrmicos se producen corrientemente en procesos denucleacin y crecimiento y hay frecuentemente un periodo inicial de in-cubacin antes de que los ncleos se formen.

Haciendo referencia a la figura 3 en las zonas (1) y (2), la transfor-macin se produce por la difusin pues existe gran movimiento molecu-lar. La fuerza molecular de la reaccin es pequea.

En las citadas zonas (1) y (2) la cementita rige la nucleacin: el cons-tituyente resultante caracterizado por lminas alternadas de ferrita y ce-mentita es la perlita; por consiguiente la estructura perltica forma comocolonias desde el crecimiento del ncleo de carburo originado en el bordede grano de austenita, seguido por la nucleacin lateral de la ferrita co-herente con el carburo.

Estas dos fases son continuas e interdependientes.Cuanto ms elevada la temperatura de la transformacin ms grue-

sa ser la perlita. A medida que aqulla tanto ms fina, duray resistente ser la estructura resultante. En orden descendente, de tem-peratura de transformacin, se obtiene perlita gruesa, sorbi-ta y troostita (todos estados laminares).

En la zona (3) la transformacin se produce por la accin de fuerza im-de la reaccin (diferencia de temperatura); la difusin del carbono

para formar la cementita, es cada vez ms dificultosa y es que en estazona, la ferrita es la predominante de la transformacin, vale que es-te se convierte en el elemento rector de la por lo

su formacin sobre la de cementita, aunque los procesos dereacciones sean como en (1) y es decir constituyendo una estructura

formadaas JeV,"JeJeH.l.U.v

que no 1J,-"aUJJoJoJo'Ju.la no con,-"",,,,,,, r.n

ha dicho con ........ f-o..."o.... rlde carbono en hierro alfa o

La mOlnOllO~!1a,de la bainitalminas dedad es de 105 vu. ...,'C..p;..

En la transformacin martenstica,. no existen periodos de incubanucleacin y crecimiento progresivo, no existe difusin, la formaci

instantnea.La formacin del nuevo contrarrestar el au

de que supone su generacin; en efecto el hierro gammacarbono que se mantiene, al modificar su red, en la de hierro alfa

como el carbono no se pued~ adaptar a los interatmicos dla red se deforma en o cuadrtica.

se produce con un desarrollo de energa que debcon un subenfriamiento, para cada tempertura inferior

Ms t-Cl1rY\-n.c....."'t-" ...... de inicio de de la slo es suscep-tible de aquella parte de austenita que tal subenfria-miento compensa.

Cuanto mayor es el contenido de carbono, mayor ser la deformacinque la red de la tetragonalidad

VVJ,Jo"'Jo"'- "" al un mayor se requeri-u ..........w Jo

CURVAS DE BAIN DAVENPORT 41

a las del acero eutectoide con la variante de ,",""~on'n"'r,...neas de que se encuentran encimalas ya es decir el diagrama nuevos de granimportancia para resultados.

Aplicando el razonamiento realizado al tratar el acero eutectoide, sepueden efectuar las siguientes consideraciones:

Teniendo en cuenta que se parte de un acero en estado austen-tico completo, al practicar el tratamiento isotrmico, el primerconstituyente que precipitar ser la ferrita, para aceros de me-nos de 0,9% de carbono y la cementita para los de ms de 0,9%de carbono. A continuacin se producen las transformacionesperlticas, sorbticas y troostticas, como en el caso del eutectoi-de, figura 18.

b) Las curvas de transformacin ABe y DEF (figuras 3 y 18) sede:spJ,azan hacia la izquierda como consecuencia de ser ms rpi-das velocidades de descomposicin isotrmica. Se da el casoextremo para ciertos aceros, tal como se indica en la figura 19,que las lneas del diagrama, cortan al eje de ordenadas, lo quesignifica decir, que es imposible, aun con enfriamientos muygrandes, mantener la austenita estable, para lograr o realizarlas transformaciones isotrmicas a determinadas temperaturas.

c) Las reacciones martensticas correspondientes a Ar'" descien-den tanto ms, cuanto mayor es el contenido de carbono.

d) El carbono es uno de los elementos de mayor gravitacin sobrelos desplazamientos de las curvas del diagrama de transforma-ciones isotrmicas. A medida que el contenido de carbono au-menta, el eutectoide, la curva se desplaza hacia derecha.

FIG. 18. de ferritasi el carbono 0,9 %.

De'psiito de cementita si elcarbono> 0,9 %.

A FERRITA O CEMENTlTAtIfII

F

MARTENSITA

77EMPOS ESe. LOO.

1 C= 0,35 % Mn 0,4

--- 2 e 0,90 % 0,30

- - - 3 e =1,1 % Mn =0,30 %

1

Ms 1'---------200

2

300

3 /

Mf100

10 h tiempos1 h

1 min 15 min 60 min,

20.s 60.55,5

FIG. 19. Curvas TTT o isoaustenticas de tres aceros al carbono.

6. Transformaciones de los aceros especialesLos elementos de aleacin, modifican sustancialmente la forma y dis-

posicin de las curvas del diagrama de la austenita.En la 20 se ha el efecto de losaleantes sobre las curvas refirindose a la misma y alas que tienen lugar.

Las curvas son ms complejas que al carbono y las modificacionesconducen a formular los siguientes comentarios:

En las curvas de la "8" se hacia la lonnpJJlCa decir aumento del campo estabilidad de la auste-en tanto mayor proporcin, cuanto ms notable sea el efecto

del o de los ~A.'V""_U_'V'VU.b) prleClpl1~aClml,tanto de la ferrita como de la cementi-

referente al de prl~CI1Plt:aCI'n.

cURVAS DE BAIN DAVENPRT 43

Tiempo

Tiempo

peniticabaintica

Los elementos carburantesposibilitan dos narices

Cr, W, Mo, V, Si

11----1------..... Ni, Mn, Cu, Alabren el campo de transformacin ydesplazan hacia la derecha

a

b

FIG. 20. Efecto de los elementos de la de transforma-cin isotrmica de la austenita.Los elementos que forman carburos, W, Mo, V producen dos dominios de aus-tenita estable.(a) corresponde a Ar', transformacin de austenita en el conglomerado ferrita-ce-mentita.(b) Ar", transformacin de austenita en bainita.

c) Las curvas TTT qtie corresponden tanto a la reaccin co-mo a la baintica tienen una forma de figura 2L

d) constituyentes formados, a semejanza de los aceros al carbo-no, no son arbitrarios, comprenden dos con sumodo de formacin diferente: troostita y

teniendo como elemento rector o director a la cementita. En laacicular, bainita e inferior el elemento directriz

es la Cada uno de elementos rectores la for-ma y orientacin a los que resultan.

e) Tal como se en la por efecto de ciertos

44 ANTONIO E. STURLA - TRATAMIENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS

~ Ar3H.....- Ar1

FIG.21.Descomposicin de

la austenta.Productosde

descomposicin dela austenita en

,reaccinisotrmicapara un

mismo tiempo depermanencia.

Formaesquemtica de lascurvas de reaccin

isotrmicarelativas a los

diversosconstituyentes.

Austenita

Msl------------""~

Mf 1-----------

ferrita acicular

bainita inferior

Ma,rtensita

Tiempos esc.log

aleantes, se produce una discontinuidad o interrupcin, creandodos dominios de temperatura con un pronunciado desplazamien-to hacia la derecha. De este hecho se infiere que:al) Se presentan dos temperaturas, en vez de una, de descompo-

sicin con tiempos de comienzo de transformacin distintos.b1) Tres temperaturas retardadas, de las cuales una est mucho

ms que las restantes. En la figura 22 correspondiente alacero rpido 18-4-1 (W-Cr-V), la estabilidad intermedia es delarga duracin, pudiendo alcanzar los tiempos de incubacinvarios das.

La diferencia fundamental entre las transformaciones en los domi-nios Ar' (perlita), Ar" (bainita) y Ar'" (martensita) consiste en que las dosprimeras progresan segn un proceso de nucleacin o germinacin y cre-cimiento que depende de la difusin y la evolucin de las mismas, estregida por dos factores: Vn (velocidad de nucleacin, nmero de ncleos o

A ' '~/ y Vc (velocidad de crecimiento) que conducirn a la obtencinuna estructura final cuya fineza depende de los mismos.En lo concerniente a la transformacin martenstica ya se ha seala-

do que es instantnea, vale decir, que las dimensiones de las agujas soninvariables. Comienza el proceso en Ms y progresa a medida que la tem-peratura disminuye hasta Mf, que suele encontrarse por debajo de latemperatura ambiente. Analizando el fenmeno de la transformacin dela austenita desde el punto de vista de la velocidad de enfriamiento, amedida que la misma aumenta se obtendrn como estructuras finales lasindicadas en la figura 21.

DE 45

5hhoras

o

.._---------- 0 %,--------- 20 %

30%----50%

5 minutos

Acero rpido

100..;...-.0-... _

FIG.22.Curva de unacero rpido.)

o.1e[l

on

1-

nl-

alealB

7. Similitud y correspondencia del estudio de templepor ambos mtodos de enrnamiento

En la figura 23 (a) se ha representado el esquema utilizado en el es-tudio del temple del acero eutectoide con enfriamiento continuo, donde sehace notar el efecto del aumento de la velocidad de enfriamiento sobre laposicin de los puntos crticos y la velocidad necesarias llamada crticade temple, para obtener la estructura martenstica, en correspondenciacon la mxima dureza. En la figura 23 (b) se han trazado sobre el diagra-ma TTT las curvas de enfriamiento correspondientes al caso anterior.

La curva de enfriamiento V seala en A el comienzo de transforma-cin de la austenita en perlita y en A' el fin de la misma.

A la velocidad de enfriamiento Vci le una curva similarel diagrama TTT. Siendo Vci a fin de transforma-

implicara que la transformacin en B, no se ha completa-do, razn por la cual la austenita no transformada, permanece inestablehasta la temperatura Ms. De esta manera se producir una estructura

(estado laminar + martensita).La curva de enfriamiento que intersecta a la de comienzo de

transformacin en C, producir formacin de una cierta cantidad deCOllstltuyeJtlte del eutectoide y la austenita remanente al cortar en C' a

T.r~ln~.Tfll''T'n~:lr~ en es que en este caso, hay mayor

46 ACEROS

Tiempo (seg)

b

102

Inicio de la transformacin

10o

Ar'"

VIVelocidad de enfriamiento

FIG. 23. de Bain (h) sobre el cual se han trazado lascurvas de continuo correspondientes a la velocidad de enfriamientoque se indican en ~hseisa8 en el grfico (a) para un acero euteetoide.

La velocidad crtica de temple Ves, que es tangente a la nariz de la"8", curva de inicio de transformacin-del diagrama TTT, y corresponde ala transformacin en D, con un tiempo de incubacin mnimo. Es eviden-te que en este punto se ha suprimido totalmente la transformacin es es-tructuras del solamente habr inicio de modificacin en elpunto D' sobreMs y trmino de la misma, en D" sobre Mf .

Para condiciones de enfriamiento, como las correspondientes a lacurva se en el campo de Ar'" toda estructura ser mar-tenstica; de acuerdo con la temperatura fin del enfriamiento puedeencontrarse en este caso, constituida la estructura por martensita y aus-tenita residual.

8. Parmetros que modifican las curvas de la "8" (T"IT)h"a.,.'~nQ factores o parmetros influyen en la forma y situacin con

re:;pecto a los coordenadas de la curva de la "8". Entre los princi-que actan sobre de y el

grosor o afinamiento de la estructura (todos de la T-Ov...........O?>tura), s citan a los ..a~~~"'VL;'''''-'''''',

L;OJmp1osl.c101n nU1Tnt/"''l del producto "".. ""., ....""""c) Tamao del grano del acero.

-----------------------------------_._-_.-----_._-_..

a) Temperatura de puesta en solucinLa influencia de la temperatura de puesta en solucin, se manifiesta

de distintas maneras. Cuando la temperatura se se aumenta la ca-pacidad de disolucin de los componentes del metal, de forma tal, que al-gunos elementos libres, como los carburos, pueden entrar en solucin,con lo cual se reduce la posibilidad de que los mismos acten como cen-tros de precipitacin durante el enfriamiento. Por otra parte, estacin de temperatura origina un aumento del tamao del grano y modificalas condiciones de las transformaciones al enfriamiento, produciendo porejemplo, un efecto de desplazamiento de la curva "8" hacia la derecha,con lo cual aumenta el campo de estabilidad de la austenita, una modifi-cacin de la velocidad critica de temple, etctera.

La accin de la elevacin de temperatura varia con los elementos pre-sentes, as por ejemplo, el nquel y el silicio que forman solucin slida conel hierro gamma, tienen un efecto poco notable, mientras que los formado-res de carburos, difciles de disolver, como el cromo, molibdeno, vanadio,etc., modifican considerablemente la forma de la curva como consecuenciade la temperatura de puesta en solucin. En la figura 24 se observa paraestos aceros, cmo la elevadn de temperatura de puesta en solucin entre850 y 1.100 por ejemplo modifican la traza de la curva 'ITT.

47

poco solubles o di-

103 104 105segundos

_ Calentamiento en horno-- Calentamento por

ind~s.cinII

10 102o

70

d) de la austenita inicial.e) Presencia de inclusiones, nitruros o ......"......" ...r'C"' "t...'I'.....u.uu.

A este respecto, cabe hacer notar, el rol juegan < ;;;, ...,.., vA.,........ v ....tos que actan como centro de nitruros, V.lUUV'O,siones una funcin como la y en ........ """" 1'''de aluminio cuya solubilidad tiene a muy alta texno!er.attlra1.200 yes de en reaccin isotrmica.

tos

Las de carburos o ferritas que no se han disuelto en laaustenita son fases cuya favorecen las reacciones lC!fll1"l"Tn~""''''que constituyen ncleos para las transformaciones de modo de '-4HJA........ U.U.ula templabilidad.

De lo en este tem se infiere el rol importante que juega odesempea homogeneidad de la austenita; cuanto ms perfecto seaestado obtenido en la condicin austentica tanto mayor ser la estabili-dad y ms lenta se desarrollar la transformacin.

Captulo 11I

FACTORES DEL TEMPLE

Anlisis de los factores del templeComposicin y estado estructural del acero antes del temple

En igualdad de condiciones los productos siderrgicos sufren, den"",:n..."ln con su composicin qumica, distintas modificaciones por temple,

ejemplo mientras en unos la dureza aumenta en otros disminuye.elementos que intervienen en la constitucin del acero actan de"f3f'.:(1tElre]~te forma sobre la velocidad de enfriamiento, as por ejemplo cuan-

es el ~ontenido de carbono, tanto mayor ser la duracin del en-;.0:;:;jtnatrnlen1CO y la velocidad critica de temple. Tal como se expresara

[;;r:Q'po]rtuname~ntle, la posicin de los puntos criticas juega un papel impor-';.n.y.;'~.'W- al variar la misma de acuerdo con lo expresado en la frmula:

Ac = 721 + 28% Si + 15% el" 15% Mn - 10% Ni - 3% VA partir de ciertas proporciones de elementos aleantes, como manga-

cromo, nquel, molibdeno, la velocidad de enfriamiento es muy1"'oC!lllf' igual a la y suficiente para que los aceros tem-

es el caso de los aceros autotemples.tratamiento de recocido de homogeinizacin, atena la diferencia

"'"..."'''' .... ''JL ......., ...v ..... lo cual se traduce en un aumento de la velocidad criti-ternnll~ y en una reduccin de las zonas de temple incompleto.

Por otra parte el recocido de regeneracin (regularizacin y uniformi-de la granulometria de la estructura) al actuar la velocidad de~lS()lUClOn en el calentamiento que da lugar a la solucin slida, reduce

ger'me!ne:s, con lo que se modifica la velocidad critica de temple.trmica o grano sobrecalentado,

heterogeneidad estructural fundidos, brutos de forja, "' .... rv..a,,."'_y distribucin de

56 ANTONIO E.

FIG. 1. Estructura no uniforme de un acero demedio carbono que tena un grano muy grueso yfue normalizado a 870 oC durante una hora. Elefecto del normalizado no ha sido serequiere otro normalizadouniformar y estructura.x 100

1l1

I \800 ~~ Fin de la tr L. " de la perlitae Il,,,,u,.', ,ar'u,G) granularal 760:s f"...-~ Fin de la tra hsformacln Ide la penrca

Cl) 1", nin~ro..E Comienzo de la transf rmacin A1Cl)l-

720

T T T T T T2 6 10 14 18

TIempo (minutos)en austenita.

.~rnr.n ..,',", DEL TEMPLE

de la transformacin de la perlita de acuerdo con su forma, en austenita;para'una misma temperatura es ms prolongado el tiempo para lograr laaustenizacin, cuando se parte de perlita globular, que cuando se hacedel laminar.

Ahora bien, el tiempo de permanencia para disolver los ncleos decementita no debe ser muy prolongado, porque se corre el riesgo de pro-vocar la oxidacin y descarburacin del acero, figura 3.

Desde otro punto de vista, la templabilidad del acero con estructura glo-bular, es menor, en virtud de que los granos o cristales de carburos no di-sueltos la posterior transformacin de la austenita. En algunos ca-sos, como en el temple superficial o endurecimiento por calentamientoselectivo, solamente de la periferia, como seria el caso de roscas, machos pa-ra roscar, terrajas, hojas de sierra, etc., es conveniente porque el calenta-miento no obstante ser muy rpido, da lugar a mayor temperatura y por

FIG. 3. Acero alcarbono con

de carbonodescarburado.

El proceso de calentamiento para eltemple se caracteriza por la disolucinde la cementita libre con distribucinreticular 4) ya que su Dn2St~n(~lacon tal implica un graveriesgo porque aumenta la fragilidad dela herramienta y por ende constituyeuna zona de mnima con-centracin de etc. y serel de fisuras. Mediante la aplica-ClOn un normalizado, previo al tem-ple, por del rpido enfriamientola cementita no tiene tiempo suficientepara separarse en forma de red y s lohace en cristalitas finamente divididasy dispersas.

Las temperaturas conveQientes, pa-ra eliminar la red de cementlta en ace-

ubicadas por encima de Acm tal como se

300FIG. 4. Acero hipereutectoideconstituido red de cementitay perlita larmrlar

en hecho no afecta ace-ncleo no sufre efecto por el ca-

lt::lll>QLUl.1CJ.J.

DEL TEMPLE

x 280

5. Estructura en bandas segregadas de ferrita y perlita fina (aceroeutec'tOll1es:). Estructura heterognea.

en la figura 6, se mantienen las caractersticas estructurales-he-teroec~nE~as que se manifiestan o traducen luego del temple en las consi-guientes propiedades mecnicas.

El tratamiento del temple no constituye un medio para su eliminacin.

x 280

FIG. 6. Estructura anterior, sin tratamiento 1'V\,!tAl'';ortiene del la estructuraL

60

b) Temperatura deLa temperatura de calentamiento para practicar el vara con

el tipo o clase de en los al carbono es funcin del contenido de car-bono y tal como se ha al definir el en se requierealcanzar para la mayor homo-

todas estas caractersti-v .... "'-'J.J.~J,vu. de las mejores mecni-

los valores de temperatura utll1l2mclosreC~O(:1C110, a saber:

son

b}) Aceros al carbono, con hastaTI + a 40 OC)siendo la del

miento.

de carbono.

crtico C'nT'\C>....~r..... al calenta-

Aceros con ms de 0,9% de carbono.T t = ACl + a 40 OC)siendo temperatura del punto crtico inferior al calenta-

miento.

de carbonola austeniza-

u.u.'VJJ.U... ..., por un sobrecalentamiento, se aumentecon lo cual el acero resultar

La razn por la cual el acero al carbono con ms deque calentarse sobre el punto ACl y no AC3 para

cin completa estriba en:1) Un calentamiento por encima de Acm, para llevar a solucin sli-

da la cementita libre, produce un engrosamiento del tamao delgrano, que sumada a la accin enrgica que tiene por eltemple de un acero de alto carbono desdeconducir a un acero con considerableLa dureza obtenible con una austenizacin completa no excede ala lograda con enfriamiento desde (20 a 40 por encima de AC llporque el carburo libre (cementita), es ms duro que el constitu-yente de temple.

3) Es factiblela vU,U"J,ua,u

4) El proceso ms conveniente para el temple de estos aceros, consisteen previo al temple un normalizado, para destruir la redde cementita libre y obtener una fina dispersin de los carburos.

5) Desde el punto de vista un calentamiento a mayortemperatura implica un mayor consumo de

6) Por otra una elevacin en la lcA ..... T'\"_."lc,,._~ de calentamien-..,--.J.l"....LJJ.Jv

DEL 61

En la tabla y en la figura 7 indican los valores ms convenientesde para el temple de aceros al carbono.

TABLATEMPERATURA DE TEMPLE DE ACEROS AL CARBONO

oc

0,10 9250,20 9000,30 8700,40 840

8300,60 8100,70 7800,80 7700,90 7701,00 760

7601,3 7601,4 760

o

G

La evidencia de la necesidad de una determinada tempera-para que el temple sea completo y conduzca a la mxima

compatible con el contenido de carbono, se pone de manifiesto con elsiguiente razonamiento sobre la figura 8.

Si se considera un acero al ,..........--------------,carbono con 0,45% de carbono,que se lo ha ido calentandoprogresivamente y a partir de725 oC (posicin del punto cr-tico inferior ACl) se han reali-zado los enfriamientos h~llCJ.r>("\c!respectivos, se observan los si-

detalles. EL anda- 721......p

(e

.;:::

en 600roN~:JO

500

400

300

200

2 Al 760Ac,T, 790 + 20/40(1) al 67 Kg/mm2 T(2) at 182 Kglmm2 T(3) 203 Kglmm2

Temperatura de temple (oC)

8. de un semiduro en funcin de la rnrnn,:>r"'Ttll~'"de

miento de la curva de dureza, va indicando en CO:ITE~s]:)OrldE~nl::lacon losnllnt-f'C' 1, 2 Y 3, como a medida que la temperatura se el porcentual

austenita formada va en aumento y por se incrementa ladureza por ende la tensin de rotura.

En misma se ha indicado el valor de la temperatura delcrtico y Tt al calentamiento para la

austenizacin completa.Si realizara un calentamiento hasta

del tal como muestra la'-U. H'.. " por ferrita libre no

63

(b)Sobrecalentamiento

Austenita

LUEGO DE TEMPLADOS

TEMPLE

de los pero a expensasde gruesos o de gran tamao deaustenita, que al producirse el templeposterior, ser origen de agujas grandesde martensita. Con estado, el aceroadquiere mayor fragilidad que con elprimero.

c) Tiempo de calentamientoLas consideraciones efectuadas al

tratar el recocido, sobre la velocidad decalentamiento y tiempo de permanenciaa femperatura son vlidas para el tem- FIG. 9. Microestructura resultantepIe. de una austenizacin incompleta:

El tiempo total de calentamiento, ferrita y de martensita.para obtener la concentracin requeridadel carbono y de los elementos de alea-cin en la austenita sedetermina, no obstante (a)

indicado oportuna- Calentamiento normalmente al tratar el recoci- Austenitado en forma experimen-tal (como se indica en latabla siguiente segn eltipo de horno) o por fr-mulas empricas.

Es necesario que lapermanencia a tempera-tura no sea pa-ra evitar el engrosa-miento del grano y ladescarburacin superfi-ciaL

Martensita Carburos Martensita

I1 0 1 IJ f-/

FIG. 10. Efecto de latemperatura de temple

sobre un acero al carbonohipereutectoide mostrando

la cantidad de carburoslibres y la martensita

acicular. Elsobrecalentamiento

produce una martensita dems grandes y una

de la proporcinde carburos libres.

LU~'.LJ'J PARA CALENTAR PIEZASEN VARIOS TIPOS DE HORNOS PARA REALIZAR

EIJ1'EMPLE

TIEMPO TOTALENTRE 800-850

de horno

Redonda

Horno elctrico 40 a 50 50 a 60 60 a 75

interno a 40 45 50 55 60con llama

Bao de sales 12 a 15 15 18 18 a22

Bao de 6a8 a 10 10 a 12

Velocidad deDada la que tiene la velocidad de

obtencin de la estructura martenstica, vale lograr la mxima du-compatible con el acero, se considerarn los factores que actan o

sobre la velocidad critica de temple.

d 1) Factores que actan sobre la velocidad crtica de templeLos factores que modificando la velocidad de temple

son:

1) de temple.LJoml)OS,IClon qumica del producto

3) Tamao del grano.4) del acero.5) Inclusiones.6) Masa o volumen de la

Medos de

1. de templeUn aumento de la temperatura de como

aumentando crtica delEl entre el estado austentico

,.U4J'pU.

lo que en otros trminos .UUlJlll,a au-

/ornooSlClC>n qumica

El contenido de carbono tiene una doble influye en la .,,-,'" 11''--ratura de temple y en la velocidad crtica de temple.

A medida que el contenido va aumentando, tanto menor debe ser latemperatura de temple.

Con a la velocidad crtica de temple cabe hacer notar, tal co-ma se objetiva en la figura 11, que a medida que el contenida de carbonoau.'u'-'uv'.... , disminuye la velocidad crtica de

ca, cuantomentar la VeJlOClU

tlicos.

forman solucin slida con la fe-Or()dllCen una disminucin del contenido

ublcandolO hacia el lado del

geJtleJrallZ3lua que ubica la DOISICJLOn del punto crtico

Elrrita (no dande carbono delnormaLLa de nquel, cromo, molibdeno, manganeso y tmlf!:;te-

imolican un' aumento o disminucin del de carbo-no del

4

eutectoide, segn el tipo de pues la mismaque forman soluciones slidas y o carburos me-

66

721C + 28 Si + 15 Cr - 5 Mn 10 Ni 3 V

67DEL TEMPLE

producidos, en el caso en estudio (acero aleado al Cr-Ni) comoforma un carburo complejo, rico en cromo (conteniendo se r

grano menor reaccn mientras el mayor, cuycomienzo de reaccin coincide con menor, la todava no

....V.Lu~.JJ.c;"a'cLv. Cuanto ms grande el tamao del grano, su total tranJ.UU''-'AU'AA llevar ms tiempo que el de grano fino.

13 se hace notar el efecto del contenido de carbono y dtamao grano, sobr.e las velocidades criticas de temple de aceroscarbono y de un acero al nqueL

En ella se aprecia la influencia que el grano de austenita prvio al temple; el acero de grano grueso, requiere una velocidad critica dtemple menor que la de grano fino. As por ejemplo un acero al carboqcon 0,4% de carbono 0,7% de con un grano grande, tienuna velocidad crtica temple de 250 mientras que con un gran

la velocidad es de 450 Si a este acero se le adiciona 0,2de molibdeno, su accin se traduce en una reduccin de la velocidad crtca de temple grano fino, negando hasta 120 La accin smutnea de elementos reduce la velocidad critica temple: si el acro con de carbono se le adiciona de manganeso y 1% de cromtendra una velocidad critica de temple, para fino de alrededor d40 Por otra parte, se observa que el acero presenta auste

In(~On[1pJ,et(l, por la presencia de cementita libre, este constituveces de ncleo, demanda un aumento de la velocida

68

4.pres~nl;la de fsforo en los aceros conduce a fenmenos muy espe

heterogeneidad de la distribucin del fsforo, se trasunta epfl)plea;aa(~s heterogneas del metaL

fsforo que forma solucin de dosificacin en el hierry con tendencia a segregarse, presenta un serio inconveniente, como con-secuencia de por su gran volumen atmico, se hace difcil su difu-sin; este dificulta la homogeneizacin de la austenita. Las zonas

Setn-E~galdals en fsforo son pobres en carbono y por lo que talhe1ter'ogeneldlaa produce no slo prdida de la calidad de acero en estado

sino que se transmite, luego del temple por la diferente accin

\500

400.ffJl(.) 300:E(.)

:g 200-ol-o 100'glB

O'>

0,30

0,30

V~~~~~~\J~Aceros grano grueso N 3 Mn 0,7

e

FIG. 13. Efectodel contenidoporcentual decarbono y deltamao del granosobre lasvelocidades

dede aceros alcarbono y de unacero con 3 Ni.

69

V:;">U"'U sobre el resultado de las caractersticas fi-

5. Inclusionesinclusiones no metlicas, como xidos, etc., as

nitruros, carburos, etc., tienen dos acciones: cristalogrfica y met-

acuerdo con Calvo Rods: "Desde el punto de vista cristalogrfico,f'... ",nl'",p('p,n la formacin de cristales, por su accin de ncleo y por lo tanto1t:l\.,J.J..I."....... las transformaciones en estado slido, que requerirn para su

menor tiempo de incubacin y crecern a mayor velocidad"."Las inclusiones como almina (AlZ0 3) muy dispersas, de pequeo ta-

mao, impiden el crecimiento del grano, haciendo que con iguales, veloci-de transformacin los granos sean ms finos."

"Esta accin facilita las reacciones en estado slido, .debido a quesiendo stas regidas por evoluciones energticas, los puntos de mayor

sern propicios para dar origen a la nucleacin de las nuevas fa-la reaccin y siendo el contorno de los granos zonas de alta ener-deduce que cuanto ms fma sea la estructura, mayor cantidad de

contornos de granos y mayor la facilidad de nucleacin para la reaccin,con lo que se reducir el tiempo de incubacin y el del desarrollo de lanueva fase."

"La accin mecnica se refiere a actuar como puntos de concentra-cin de tensiones, con para la resistencia y fatiga. Al forjar y la-minar puede crearse una dbil por alineamiento de las inclusio-nes."

La presencia de partculas como se ha dicho, carburos por ejemplo,no disueltas en la austenita, reduce la estabilidad de~este constituyente yaumenta la velocidad crtica de temple.

6. Masa, volumen o tamao de la piezaEntre los factores que ms influencia tienen, en las caractersticas

mecnicas y estructurales del acero templado est sutamao o volumen.En la consideracin de este factor, es conveniente tener la

vLU"LVLJ. que existe entre el rea de la superficie perimetral y volumendel acero, as por ejemplo: para un redondo de dimetro D, altura L yOe][lSIOaa p se tiene:

rea de QHnJ:xrl~,(>~o

masa=

1t.D L

.L. P4

=

4

D. P

Si el "" .....U ...,'LL"'....... rf ..,.....,,' ....' ....::rn la relacin entre el rea .....,.,'.......... 0_tral y la masa y 10 mismo sucede con de enfriamiento.

FIG.14.Curvas deenfriamientoobtenidas en elinterior de unredondo de

10 12 14 16 acero de 25 mmTiempo en segundos de dimetro.

dnnenslOrles o de reducidasde una masa o espesor de las UU:)~~,lQO

864o

En la figura 15 se han re]:JreSelltaldo las distintas velocidades de en-friamiento se en diferentes puntos de un redon-do de acero 100lnm en agua lgeramenteda. Es bien el efecto de la masa, se traduce en unapr131l111fiiCIaLOa ou;mlnlllClon de la velocidad de de la periferia

En de unalentamiento como al enfriamiento, no es mismo en la nn,..,~,n..'el ncleo as sern las estructurastarn en zonas.

Tratndose de deporciones es evidente que elno se harn notar.

Las curvas de enfriamiento que pueden deducirse de la periferia alcentro, tal como se ha indicado en la figura 14 un redondo de 25mm, son bien elocuentes para un acero templado 800 oC en agua.

70

centro del redondo.Al una rotura brusca en la seccin de la se observa-

rn dos diferentes:Una de grano fino que a la endurecida",,-,~utJ.L

Acero alcarbonoe 0,80

Acero alcromo-nquelC 0,40 %Ni=:2Cr 0,75

75

I 1()nm lCJnm}Jf~

I I II I II t I

II

71

Influencia del tamao de las

de las secciones transversales de barras de acero al

enfriamiento quea 704 oC en puntos

de un redondo de de 100 mm de'metro, agua llg-enlmenlce

Fra. 17. Influenciade la masa sobre lascurvas deenfriamiento delcentro de lasprobetas de aceroinoxidabletempladas en aceitenormal a 51C.

Probeta de dimetro3/4 "

han trazado las curvas de enfriamiento del centroinoxidable de distintos dimetroscuanto mayor es el ms se hace notar

las curvas hacia

200

100

300

500

700

400

600

800

17acero

normal 51efecto de masa y ms

72

reviste este factor, en else detallada-

7. Medios de enfriamiento. Procesos y etapas de enfriamientoy LYllch trazaron las curvas de enfriamiento de un cilindro

,,'-'LJUt..lJl

TEMPLE

Primera etapa: Ebullicin con pelcula.U l. ' U.Y: Jrt.'" , por capa de vapor

Cuando sumerge el acero en estado austentico en el medio deteDllPl,e, las capas del lquido, en contacto directo con el de nme-

se calientan hasta la temperatura de ebullicin se vaporizan yco-la cubierta vaporosa que rodea el metal dificulta accin, el acceso o

nuevo contacto con el lquido, el enfriamiento por consiguiente es len-poco activo. Las capas perifricas del acero sern enfriadas con gran

lntenSlU.i:iU antes de la formacin de la cubierta de vapor.Para producir vapor es necesario:

1) Elevar la (t) del lquido, hasta la de su punto deebullicin teb; cantidad de calor utilizada en esta operacin esproporcional al calor especfico del lquido (c) y a la diferencia detemperatura teb - ti: c (teb

2) Calentar el refrigerante hasta su ..... ,...,"t'or.' ....... de ebullicin teb,de manera de producir el al gaseoso; en este caso lacantidad de calor que la VapOlrlZaCl.on proporcional alcalor latente de vaporizacin (r).

3) Calentar el vapor producido, hasta una cierta temperatura tf; lacantidad de calor necesaria para esta operacin es proporcionalal calor de vapor Cva y a la diferencia de temperatura(tf teb): (tr - teb).

En esta primera etapa, el enfriamiento se efecta por conduccin yra(llaClO,n a travs de la capa de vapor, que es mala conductora del calor.En el proceso de esta tiene influencia la temperatura inicial dell-quido, la temperatura de ebullicin, la conductividad del vapor elde agitacin del lquido o del acero.

Segunda etapa: Ebullicin con burbujas.Enfriamiento por transporte de vapor

, .......l"."vn en elag:taclOn