Tratamientos térmicos de los aceros (tomo ii) Sturla

1. T ATA lE TOS TER leos DE LOS ACE S Teoria Prctica Tomo 1I

2. Anta i Ex Teora yPrctica Tomo I1 nueva librera 3. 1 by E. Sturla ISBN 950-43-9210-5 2002 Nueva Librera SRL Primera Edicin Argentina 950-9088-95-1 950-9088-96-X Mail" [email protected] ISBN Obra conlpleta ISBN Tomo I ISBN Tomo n Reservados todos los derechos. i'11,i1alln" parte del material cubierto por almacenada en un sistema de informtica forma o mtodo electrnico, grabacin u otros mtodos sin el expreso Hecho aejDOS;!tO que marca la 11723 Impreso en Printed in 4. A seres su amor y 5. 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 aumento correspondiente. 6. ndice Prlogo XIII de conversin de los nmeros de dureza................................... XV I:!.Qunra!lem;.aa de termomtricos XVI iL81PU1WO 1 TEMPLE 1. Definicin 1 2. del 1 3. Factores del temple 2 4. Fases del temple 2 5. Fenmeno y mecanismo del 5 G. ~,,1ttud de L:UU eufrianleni.u cunLinuu. Descomposicin de la austenita en funcin de velocidades de enfriamiento crecientes 5 7. Dureza del acero templado. Martensita 18 Nota 20 Captulo n CURVAS "8" DE BAIN Y DAVENPORT 45 76 36 39 40 42 de:5C(Jlmlpmnclon isotrmica Similitud y cOITe:5pcmdencla mtodos de enfriamiento Parmetros las curvas de la 4. 8. 5. 6. 7. 1. Transformacin isotrmica de la austenita. TTI o Curva "8" 21 2. 35 3. 7. VI TRATAMIENTOS TRMICOS ACEROS III FACTORES DEL 1. b. c. d. 55 55 60 63 64 64 Captulo IV Ejemplo para distintas 118 121 91 98 98 107 128 130 Definicin ;on,cf"OU)S sobre la v"'." .. }-' ......., ......."'........... Determinacin de la "'''v'''', que se traducen en delorm.aClones, +ru....".rhl....n que a afectar notoriamente al motivo de rechazo totaL 21. 4 E. v~C"H:;;lJ.,",(;U. el en otro horno y de con lo cual se reduce notablemente el tiempo til del mismo y se asegura la de los ...,....._........,,""'v accidentes. b) Enfriamiento En el como en el recocido de de los aceros al carbono la totalidad de la masa metlica debe encontrarse formando o constituyendo el estado austentico homogneo y uniforme, en el momento de comenzar el al el metal en el medio de enfriamiento rpido. El de un v"vUAt--'v allOlne- re dureza. La transformacin de la ocurre g-eln.e]ralmE~nl;e por de 300 oC o sea a mucho ms cocido. El estudio del realizarse de dos formas: Con enfriamiento continuo tomando como ratura de calentamiento friamiento la cOlrre:spondlmt:e cesa 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'[;ur T' inferior a donde se mantiene a temperatura constante hasta la transformacin total de la es decir se realiza la transformacin en forma isotrmica. Se verifica la transformacin por medios observacin rnicros- "'V.JA~(:>', etctera. ...........r>I'C'A fue estudiado y desarrollado por Bain y 5. Fenmeno y mecanismo del temple El fenmeno cin de la veJIOCllda,a tras, se puede tal como se ha comentado, de dos formas: velocidad de enfriamiento un factor que depende de la naturaleza dad medio de temple, de la masa del etc. trmico de acuerdo con la OV"r"1"Oclt1,n Sl,glIleulte: dT v = K. Tm) siendo: 22. TEMPLE K. Un factor que vara con la naturaleza del miento o masa del metal. Temperatura de temple (estado ..........J".....u .... " .......v 1'0"''''''''''''''''''1'"..-", del medio de enfriamiento. de Por consiguiente base a la expresin anterior, el estuC1:lO del mecanismo del temple se puede encarar de dos a saber: Mantener constante Tm y variar K, modificando, sea masa metal, sea el medio de enfriamiento (mtodo de temple con enfriamiento continuo). b) Mantener constante K y realizar el enfriamiento en tres (mtodo de temple con enfriamiento escalonado o por acuerdo con el siguiente orden: b1) El metal desde Tt se enfra en un lquido a temperatura TI superior a Tm, pero inferior a la del punto critico inferior. El metal a (temperatura constante) durante un tiempo t, lograr la transformacin de la austenita. En la ltima el producto siderrgico se enfra desde hasta Tm. 6. Mtodo de temple con enfriamiento continuo. Descomposicin de la austenita en funcin de velocidades de enfriamiento crecientes En su oportunidad se sobre el diagrama de las aleaciones del hierro y del carbono, el proceso de tnmEtmrmaClln de la austenita, de composicin eutectoide en perlita; el eutectoide que corresponde a un equilibrio reversible, est constituido por ferrita y cementita. En dicha ocasin se consider, que para una dada velocidad de enfriamiento, el pasaje al nuevo estado se producir por germinacin o nucleacin y crecimiento, estando el fenmeno' por la nucIeacin de cementita a cuyos lados, en funcin del tiempo, se la ferrita. 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 la aust~nlta. se obtendrn una constituyentes cuya pn~senCl.a dar a la de las Cal~acter1st;lc2lS ..".,."",,'..........,...,0 El anlisis de cmo va avanzando o pf()~es~mClo de la as como los nuevos "'''''..,'o+.. 1-....''Uy.,.1-""" olbtE:mldo:s, en funcin de la resistividad el~ct]:"lCl:l, uu....;;..........'''...n.uV'' 23. 6 ANTONIO E. STURLA - TRATp.MJENTOS TRMICOS DE LOS ACEROS cin, determinacin de dureza, tensin de rotura, alargamiento, anlisis microgrfico, 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 observacin antes citados: a) La temperatura de transforlnacin de la austenita desciende con el 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 transformacin que tiene lugar por enfriamiento lento, por ejemplo, equivalente al que Tiempos Perlita Austenita Marten- Martensita Troostita Patiita sita y Troostita laminar FIG. 1. Estructuras de los constituyentes obtenidos por enfriamiento continuo luego dea~t~Jlizar un acero e =0,90 %, a distintas velocidades de enfriamiento. Posicin~~!astemperaturas de transformacin (segn Portevin). Transf~a!cinal calentamiento Al Transformacin al enfriamiento ~ VCi velocidad crtica de temple inferior VCs velocidad crtica de temple superior. 24. TEMPLE o bien en el aesclen.ae con dentro del enfra al aire. de una 1"1" ...,.,"' .... de alre- se en el ciclo de rec~oc:lc1I::>, centro de una muy VOjLUrmrWSa El constituyente obtenido, es dedor de 240 Brinell. Realizando un enfriamiento ms velocidad V2' practicado al aire por ejemplo, su efecto, en piezas pequeas, es similar al que se obtiene en el centro de las medianas dimensiones enfriadas en se traduce en una muy fina que puede ser sorbita o troostita ras con durezas variables entre 350 y 400 Brinell. Tal como se indica en la figura 2, el punto crtico lentitud, 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 determinado laminar muy fino. Las lminas son muy ....v'Lh .............'''' sUlDSl:8te el poder de germinacin espontneo, el espesor las lminas decrece hasta p. En la 3, debida a la influencia de la sobre fineza de la ""Qt'rlll'hrr!l La figura 4, original de muestra la influencia de la finura de la estructura sobre la dureza. Velocidad de enfriamiento C/seg Martensta M+A muestra el efecto de la velocidd de de:SCCimlpmHC:LOn de la austenita de un Troostta Austenita Martel1sta100 L'" y fisuras. El grado de deformacin de la es funcin del contenido de carbono, de ello se infiere, que as ser el aumento de volumen, como se a continuacin: Contenido de carbono Aumento de volumen C% % 0,4 0,4 0,6 0,46 0,7 0,85 0,83 0,9 De los valores citados se deduce que el mayor aumento de volumen con 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 volumen, como consecuencia de una de austenita residual que tiene menor volumen y por ende de la martensita. En la los valores de dureza y volumen es- pecfico, para aceros al carbono en funcin del contenido de carbono para el metal (estructura y en estado recocido. H 700 0,1294 Ha r---ro ~N 600 /' 0,1290 p " ... -------f.o. - . - ---.- 0, 127100 ... -0,2 0,4 111" 0,6 1,0 1,2 1,4 e . 14. Dureza volumen en funcin del contenido de ('~nI"'IrTIr. para: - - - - estado martenstico 36. En la tabla 1, se dan los de las propiedades mecnicas de los aceros al carbono en funcin de las distintas de martensi- tao TABLA 1 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS ACEROS AL CARBONO CON DISTINTAS PROPORCIONES DE MARTENSITA EN SU ESTRUCTURA Contenido Proporcin de martensita Tensin de Tensin de Estriccin de carbono enZa estructura del acero rotura t Oz

erlaen de la velocidad de enfriamiento y de la conrlpOISlCln En virtud de lo dicho, la transformacin se va a menores 721C. conocer la cintica de la transformacin de la es ne- enfocar el estudio del problema desde otro punto de tal como lo hicieran en la oportunidad Bain Los mtodos para los que lugar a distintas ser los mismos que en ocasin del estudio las transformaciones con enfriamiento continu. De ellos el anlisis y el mtodo dilatomtrico que es muy ya que el volumen la red del hierro alfa (cubos 39. t'Y'Pr........... .o que la del hierro gamma por tr~lnt=ltOJrmaC]lOnde la austenita (red gamma) en el agre- alfa) y cementita, se con dilatacin. El en forma sinttica, en las transformaciones que se obtienen por temple interrumpido en un bao de sales o de plomo fundido manteniendo al medio a una constante. Si se una probeta (de pequeas para el efecto de de un acero eutectoide y se lo calienta a una temperatura superior a de manera tal que la estructura est constituida slo por austenita homognea, y luego se la sumerge rpidamente en un bao de sales que tiene 650 oC se mantiene a esta temperatura, tiempos varia- como se indica en 1 y luego en todos los casos se lo enfra bruscamente 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 transformado uno por ciento de y el remanente que en la se seala con reas blancas al enfriar bruscamente el acero en agua, a continuacin de los dos se obtendr mariensita. La proporcin de martensita de la templada corresponder a la austenita an no transformada. 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 incubacin or- (requerido para la formacin de un nmero de grmenes) o sea de estabilidad de la austenita, a continuacin del cual se forman los grmenes o ncleos de comienzo de transformacin con una velocidad Vg (velocidad de nmero de por unidad de tiempo y volumen). ncleo o germen formado crece con una velocidad lineal Vc. Retomando la figura 1 cabe formular las consideraciones: al comienzo de la el acero slo contiene reas y poco numerosas de perlita por cual la pendiente es pequea. Ellas crecen en el perodo rs (figura 2 [aJ)o Durante el transcurso del tiempo que corresponde a sq la superficie de contacto con la austenita madre crece y por 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, los Esto difcil admitir a""...'...,..,.,,",...n veJlOCJllT1..onr",rfn ferrita-cementita tiene una forma acicular (aspecto de muy caracterstico. La cementita no es discernible. Se puede obtener estructura observar su forma, deteniendo la transformacin (10%) por un La dureza oscila entre 50 y 60 Rockwell C. Ferrita sobresaturada Coherente FIG. 8. Bainita inferior. ~J)elL:lU delineadas una La ferrita es acicular y la puede estar incluso en el interior de la ferrita forma de plaquetas minsculas que tienen un de 55-60 con el longitudinal de la ferrita. FIG. 8'. Bainita inferior. Sobre el fondo claro de .....n.".+.'.~n'.+~ se ven que son probablemente de la martensita formada antes de la transformacin baintica y 48. .os DE BAIN 31 1.3. Zona . Martensita. Dominio de la Curva de enfriamiento d el acero se enfra lo suficientemente se objetiva con la curva de enfriamiento d) como para evitar zonas Ar' y Ar", la formacin de la martensita se como si la velocidad de nuc1ea- cin y de crecimiento fueran extremadamente En realidad, en el mecanismo de formacin de esta estructura no difusin ni proceso de crecimiento, que eran los caractersticos que presen- taban dominios Ar' y AJ._n. El proceso es instantneo, el aspecto del constituyente, es acicular en forma de agujas ms o menos fmas formando ngulos de 60. Se trata de una solucin sobresaturada de carbono en a, es es una solucin slida de composicin variable en funcin del contenido de carbono. Esta solucin slida es anormal, ya que el hierro alfa no disuelve sino 0,008% de carbono a temperatura ambiente, por lo tanto, el temple ha obligado sin a la red cbica centrada a absorber 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 decir cuanto ms elevado el contenido de carbono de la marlensita. Cuando la ha sido enfriada rpidamente hasta una temperatura de alrededor de 250 oC (para este acero) la transformacin martenstica aparece (punto Ms, s pero su formacin no es funcin del tiempo y es que solamente continuando el enfriamiento (enfriamiento continuo) es susceptible obtener nueva cantidad de la estructura madre (austenita) transformada en mariensita. Cuando se interrumpe el enfriamiento, cesa la transformacin, por consiguiente la proporcin de mariensita logra- da es funcin de la temperatura alcanzada por debajo de Ms. Las lneas isoaustenticas son rectas horizontales, tal como se ha indicado en la figura 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 temperatura crtica Ms, caracterstica para cada acero sensible al contenido de a una Mf, de O tambin de1IDllda 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- ta or :a, :m Jr le ;a. or li- ,a n- ln el 49. FIG. 9. Avance de la transformacin martenstica. ..e 300 Ms 250 200 150 o 25 50 75 Mf 100 de austenita transformada en martensita FIG. 10. Transformacin de la austenita en funcin del descenso de en (h), Y (d) las distintas dientes 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 menores nos reas de austenita su el """'''v'''J''''', el estar de ~""~J~'~ como austenita 50. DE (b) (e) (d) FIG. 11. Esquema mostrando la formacin de la marlensita. En (a) se ha representado un de austenita donde pr()~eSlVaJ:nente que la va por debajo de ap.are~CIEmd.o la estructura como se son las tienen menores porque no existe espacio para que sea de otra manera. Cumplido el ciclo el grano estar lleno de mariensita y el rea blanca remanente (restante) a la austenita residual. consecuencia, el acero templado a la temperatura ambiente, conserva una cierta cantidad de austenita residual. El volumen o la de esta austenita remanente no transfor- es funcin de del acero, de las condiciones de austenizacin y del telnp1le. Existen numerosas evaluar la situacin de Ms y entre Ms 500-300% C - 33% ltIn 11% Si - 22% Cr - 17% Ni - 11% Mo Mf = 480-600% C 33% Mn - 11% Si 22% Cr 17% Ni 11% Mo la de aleacin rel0n3Smtaao la influencia de varios elementos tmnpenlttlra de comienzo de la transformacin mar- 51. Ni 2o tenstica Ms de varios aceros con un contenido de 1% de carbono. En 1 figura 13 se muestra la relacin entre el tenor de carbono y la tempera tura de comienzo de la reaccin martenstica Ms. La estructura martenstica que corresponde a un equilibrio inesta bIe, tiende a modificarse a medida se la somete a uncalentamien con elevacin de y la conduce a un estado ms es que en condiciones estar constituido por el ag:ref;ra~1n y media 54. estimacin del valor de por la n"'."'..r."".r'...... LO }- T min Vcs = 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 zona perltica. mm Al T min 16, se han representado las correspondientes H;"".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 regeneracin. s, ~s s, Le 0, GO n .a ; 1- el la la b) La curva de enfriamiento B corresponde al normalizado de un acero con determinada masa que la transformacin comience en Bl y termine en 800 - 1.400 F Aa1 700 1.200 600 1.000 500800400600 300 - I a 400 I a 200 200 100 - S l- O Martensita Perlita Principio austenita perlita 1 103 Tiempo de transformacin en 5eg. :1 FIG. 16. DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO CONTINUO Diagrama isotrmico - - - Diagrama de enf. continuo Curvas de enfriamiento a velocidad constante 55. SegundosIOOco/.(}()() Comienza la transformacin Termina la transformacin lIJO10o -F;m~~f~d; - ] Martenslta Martensita 100 t--I---+-T---+--~........r__---+--~ Termina - - -- lOO t--t-+t--~r+___--+_-----t----_l Ifs 400 +--+--1---+-'----;----4----1 3()()t--t--H-~~_+_-----.,;~--_+---_l 50o+--+--ti+--H'-+---+-----+~r__-~ FIG. 17. Curvas de enfriamiento continuo correspondientes a diferentes tratamientos 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 a un normalizado, presenta la caracterstica posiblemente por pe- masa, que una de acero resultar templado, es decir estructura ser mixta. 56. BAIN 39 J: a r La curva de enfriamiento D, es la curva lmite que corresponde a la velocidad critica de en virtud de la cual el acero resultar templado. e) La curva de enfriamiento E, corresponde a una superior a la critica de temple. 4. Gnesis de las distintas de la descomposicin isotrmica de la austenita La gnesis del desarrollo de una reaccin en estado slido est regido por 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 (debajo la temperatura de equilibrio). La difusin o libertad de movimiento molecular: Tambin depende de la temperatura, dado que cuanto ms baja sea ms se afirman los vnculos o enlaces atmicos. Los cambios isotrmicos se producen corrientemente en procesos de nucleacin y crecimiento y hay frecuentemente un periodo inicial de incubacin antes de que los ncleos se formen. Haciendo referencia a la figura 3 en las zonas (1) y (2), la transformacin se produce por la difusin pues existe gran movimiento molecular. La fuerza molecular de la reaccin es pequea. En las citadas zonas (1) y (2) la cementita rige la nucleacin: el constituyente resultante caracterizado por lminas alternadas de ferrita y cementita es la perlita; por consiguiente la estructura perltica forma como colonias desde el crecimiento del ncleo de carburo originado en el borde de grano de austenita, seguido por la nucleacin lateral de la ferrita coherente con el carburo. Estas dos fases son continuas e interdependientes. Cuanto ms elevada la temperatura de la transformacin ms gruesa ser la perlita. A medida que aqulla tanto ms fina, dura y resistente ser la estructura resultante. En orden descendente, de temperatura de transformacin, se obtiene perlita gruesa, sorbita 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 esta zona, la ferrita es la predominante de la transformacin, vale que este se convierte en el elemento rector de la por lo su formacin sobre la de cementita, aunque los procesos de reacciones sean como en (1) y es decir constituyendo una estructura 57. formada as JeV,"JeJeH.l.U.v que no 1J,-"aUJJoJoJo'Ju. la no con,-"",,,,,,, r.n ha dicho con ........f-o..."o.... rl de carbono en hierro alfa o La mOlnOllO~!1a, de la bainita lminas de dad es de 105 vu . ...,'C..p;.. En la transformacin martenstica,. no existen periodos de incuba nucleacin 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 gamma carbono que se mantiene, al modificar su red, en la de hierro alfa como el carbono no se pued~ adaptar a los interatmicos d la red se deforma en o cuadrtica. se produce con un desarrollo de energa que deb con un subenfriamiento, para cada tempertura inferior Ms t-Cl1rY-n.c....."'t-" ...... de inicio de de la slo es susceptible de aquella parte de austenita que tal subenfriamiento compensa. Cuanto mayor es el contenido de carbono, mayor ser la deformacin que la red de la tetragonalidad VVJ,Jo"'Jo"'- "" al un mayor se requeri- u ..........w Jo tura), s citan a los ..a~~~"'VL;'''''-'''''', L;OJmp1osl.c101n nU1Tnt/"''l del producto "".."".,...."""" c) Tamao del grano del acero. 64. a) Temperatura de puesta en solucin La 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 algunos elementos libres, como los carburos, pueden entrar en solucin, con lo cual se reduce la posibilidad de que los mismos acten como centros de precipitacin durante el enfriamiento. Por otra parte, esta cin de temperatura origina un aumento del tamao del grano y modifica las condiciones de las transformaciones al enfriamiento, produciendo por ejemplo, un efecto de desplazamiento de la curva "8" hacia la derecha, con lo cual aumenta el campo de estabilidad de la austenita, una modificacin 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 con el 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 consecuencia de la temperatura de puesta en solucin. En la figura 24 se observa para estos aceros, cmo la elevadn de temperatura de puesta en solucin entre 850 y 1.100 por ejemplo modifican la traza de la curva 'ITT. 47 poco solubles o di- 103 104 105 segundos _ Calentamiento en horno - - Calentamento por ind~s.cin I I 10 102o 70 d) de la austenita inicial. e) Presencia de inclusiones, nitruros o ......"......" ...r'C< sueltos incompletamente. FIG. 24. Variacin de las curvas TTr con las condiciones de puesta en solucin. Acero al Cr-Ni-Mo (segn Libsch, Chuang, Murphy). Temperatura de puesta en solucin entre 850 oC y L 100 oC. CURVAS DE BAIN Y DAVENPORT 65. Iv"vH~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 la temperatura 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 carbono au.'u'-'uv'.... , disminuye la velocidad crtica de ca, cuanto mentar la VeJlOClU a. ::l (f) 20 10 23 muestra el tiempo de duracin del film de vapor, en fun- temperatura para distintos medios de enfriamiento en idnti- C0I1Q,r,n oL....:==~~~===::::::.-+---I--- 30 10 Al~TONIO (/) o -o e :;) g> 20 (/) e (1) ma de lluvia. Aceite Los aceites de temple pueden ser de distintos orgenes: minerale .J::;.,_"u.... vu y animales. Los ms utilizados son los minerales por ser m' constante su comportamiento, se le adicionan diversos aditiv FY'l;;.,rH~r sus propiedades. Los aceites de y animal ae:sc()mponen ms fcilmente, se espesan, tienen mayor adherencia a 1 el temple, resultan caros y producen olores desagrada adecuados para los ""nrqro'r>...... ~C>c de "c;........t..lJl.J y las bombas de circulacin d Un aceite de U'V""L~'."''V debe reunir una serie de ca]ra(~terstlcas,a saber En la aceites a) Viscosidad 5 a 9 ........."".r'... He cuidado, Due~n~u denso o sea poco fluido, produce de conveccin lenta enfra mal y por consiguiente llega a carbonizarse en la superfi cie de contacto del metal caliente. Por otra si el aceite es muy fluido, se volatiza ms ... U'L...... ,,'''''. lo que resulta antieconmico. 24 se observar el comportamiento de tre con viscosidad a 40 oC. b) Volatilidad Los aceites de t:;eULlple. deben ser poco vu-',,,.....__ u, porque si no a 96. estar en contacto con el acero caliente desprenden muchas burbujas, con lo que se prolonga demasiado la etapa de vapor y por consiguiente reduce la velocidad enfriamiento que originar manchas blandas. El aceite se consume con ms rapidez. c) Temperatura de infiamacin y combustin La temperatura de inflamacin y de combustin, es necesario que sean lo ms altas posibles, para evitar o reducir el despren- dimiento de humos y la posibilidad de inflamacin y consecuente incendio en el laboratorio de temple. La temperatura de inflamacin tiene que estar comprendida entre 180 y 275 oC (no debe ser inferior a 180 OC) Yla de combustin entre 200 y 325 oC (no ser inferior a 200 e 20 Velocidad de temple de los aceros al carbono 200 300 e/seg TEMPERATURA 40 oC 10 100 200 400 800 600 FIG. 24. Velocidad de enfriamiento de tres aceites minerales (Rose). d) Resistencia a la oxidacin Los aceites minerales son de relativa baja viscosidad y de gran resistencia a la oxidacin. Mediante preparaciones adecuadas, se han logrado composiciones y viscosidades que hacen al aceite no slo resistente a la oxidacin, sino que tambin permite adaptar- lo a enfriamiento, u a las " De acuerdo con las consideraciones efectuadas varias son los factores deben tenerse en cuenta, cuando se trata del temple del producto si- rt e...... 1 't"fT1 ("1"' y en especial, cuando se refiere a la templabilidad. efecto, si se analiza el proceso de enfriamiento de una probeta seccin se observa que la misma se enfra con ms rapidez en superficie que en el centro, tal como se indica con las curvas 1, 2 Y3 de la 1 (A). Las zonas rayadas de las tres probetas correspondientes a un acero al carbono, baja aleacin y alta aleacin, sealan las secciones endurecidas, 1 (B). No obstante que se trata de tres muestras del mismo dimetro y a pesar de que la velocidad de temple es superior en el acero al el rea es mayor en el acero de alta ale:aCllon que en restantes. Los constituyentes sorbita y perlita se mantienen en distinta proporcin para los dos primeros casos, mientras que en el tercero toda la estructura es martensita. De acuerdo con lo expuesto, tra- LaIIUllSe de distintos aceros, cuanto menor es la velocidad critica de temple, en funcin como en este caso, de la composicin qumica del metal, tanto mayor es la templabilidad. No debe confundirse el concepto de dureza con el de templabilidad, para implica definir que es el valor mximo de la re~llst;enCla que un como consecuen- 113. (2) 1/2 Centro Ms Martensita A Troostita Sorbitao Perlita Martensita (seccin totalmente templada) Martensta Troostta Sorbita o Perlita 1 Acero al carbono B Vcr2 Vcr1 Vcr3 Supert Velocidad de enfriamiento a travs de la seccin de la pieza V C/seg oC FIG. 1. Relacin de la templabilidad con la velocidad critica de tres aceros distintos de las distintas enfriamiento a travs de En el elelmulO e~"pUleSl~O como la estn dn~ec:tam~~n1~e con que la austenita se 1""""......... c1"r.,..Tn .... 96 114. A '100 mm, o B 1""IIt--- 100 mm ----....: I I 1 t t I I FIG. 2. Probeta de 100 mm de dimetro endurecida paJrCl,HnleIJlte, T'..r.ho1~ 10 mm endurecida en elE:mliJlU y por ende en la que tiene la curva de enfriamien- i.:;/{',r'Ir',......,u, ....."".'-" Para rncnru-"",r plabilidad. Todos los factores que reducen la velocidad crtica de temple, aumen- tan la templabilidad. b) Fractura e) a) En la r1a1I"O"'TY>.n =;,U.l'.dHJ"-' Con el valor de la severidad de temple H tomar en el es-' pesar de la chapa, 80 mm (puntal). Desde dicho punto levantar una vertical hasta interceptar la curva de la chapa (punto Trazar desde (2) una horizontal que cortar a la curva de redondos en (5), cuya abscisa 110 mm da el valor del redondo equivalente; es- to indica que el ncleo de la barra de 110 mm se enfra con la misma velocidad de enfriamiento que el ncleo de la chapa de 80 mm. conocer para la severidad de temple H = 1la veloci- d de corresponde al ncleo de la, citada chapa o barra de "mensiones conocidas, la misma horizontal sobre ordenadas (punto :3) ar, en este caso 6 F/seg, la velocidad de enfriamiento del ncleo de la apa consideradas. Si necesario determinar el dimetro de la barra que en pIe ideal se enfriara con la misma velocidad que el corres- PIldiente qe la chapa con la severidad H, la antes citada horizontal al orlar la curva de dimetro ideales en dar sobre abscisas el valor del iwetro buscado, 132 mm. interseccin en (6) de la misma horizontal con la curva Jominy in- sobre abscisa la distancia al extremo templado de una probeta Jo- iny (33 mm) que se enfra con la misma velocidad de la chapa o barra n estudio. Ejemplo 5 Determinar el dimetro del redondo equivalente a una barra tica rectangular de 80 50 mm para una severidad de '__'-"_ (agua). El procedimiento a seguir utilizando la figura 39 es el siguiente: a) Lado de 80 mm: se realiza el proceso tal como se indic en el ejemplo anterior, vale decir desde la abscisa de 80 mm (1) se levanta la vertical hasta interceptar a la curva de la chapa en (2). b) Se traza por (2) una horizontal que al cortar las respectivas curvas da: dimetro del redondo equivalente (5) 110 mm, dimetro ideal (4), para temple H 6, distancia al extremo templado (6) de una probeta Jominy (8) 33 mm y velocidad de enfriamiento 6 e) Lado de 50 mm: se sigue el mismo camino y se obtienen reSipelctl- vamente: dimetro de redondo 73 mm, dimetro ideal (10) para H 0, 96 mm, distancia al extremo templado de una Jominy (8) 19 mm y velocidad de enfriamiento 17 La velocidad de enfriamiento del ncleo de barra de 80 50 151. mm de 23 nI') la misma velocidad que la del n cleo de la barra cilndrica de 60 nm de dimetro del equivalente y que el punto (11) del extremo templado de la pr beta Jominy situada a 16 mm y el dimetro ideal para H = e(l que es de 80 mm. Ejemplo 6 Determinar las mismas de la harra prismtica an rior pero de longitud conocida, tres dimensiones, por ejemplo: 80 5 35 mm. El prisma de 80 x 50 35 mm se enfriar de la siguiente forma: lado de so mm con una velocidad de 6 F/seg lado de 50 mm con una velocidad de 17F/seg lado de 35 mm con una velocidad de 33 El ncleo de la pieza prismtica se enfriar con una velocidad que la sumatoria de las tres enumeradas, es decir 56 F/seg que en la figu 39 corresponde a la velocidad de enfriamiento del ncleo de una barra lndrica de 42 nro de dimetro en un medio de enfriamiento de severid H = 1 (agua). En la figura 40 se dan las curvas equivalentes de chapas y redond templados en aceite (agitacin acentuada H := 0,50), redondos ideal (H y puntos de probetas Jominy, con expresiones de las velocidad de enfriamiento de estos y los centros de barras y chapas. 152. son las aleacio- a someterlos a tratamientos Captulo V c) TRATAMIENTOS BASADOS EN LAS CURVAS "S" DE BAIN O DIAGRA SITT Consideraciones generales de los DT()(1Ulct()S m'rfo..... " ..rn,nr.o la tcnica no los f-nT'Tr'",,..nc o termoqumicos. Las caractersticas que DmBae~n Q!otenerse de los tratamientos hacen ablandarlos cuanto sea posible para ......"'''YO-OT' tud al estampado, embutido, en otras valores de resistencia a la fatiga y y en algunos casos 10- durezas para con ello hacer posible el trabajo de otros me- (1e~;l'!aste en ciertos elementos de ......nn1'.., O'orDT'!:l1 un tratamiento trmico debe tratar de conferir al produc- nO''''''T''rnc''n algunas de las caractersticas slguH~nt,es: Poner de relieve las propiedades mecnicas qe interesan para un determinado uso. b) Reducir al mnimo el de .....T'r'rf"'n~,.. formaciones, alabeos, variaciones OlIneltlSlon,:ues, ...r-.i:1T"-:>C' el metal de .-..T...' " ' posea el mnimo de tensio- reEnOll1aJ.es, con lo cual se la resistencia a la y la resiliencia. d) Conservar el producto en su integridad, mismas caractersticas, vale decir que el metal no ni an variaciones de sus propiedades que se pueden traducir en escamas de xidos, descarburacin o carburacin, nt-r.;:,.t-,y..-:> e) Mantener dentro de ciertos las tolerancias dimensiona- de manera que, al por haber su- variaciones "v.........,...,...."" .. 153. o temple a) b) e) d) e) Casos "-''''I'''''-'~'''rTO_ etc., son ms solubles en el hierro a en caliente que en ~lH;~pntlhlp por al agua desde 700/750 oC en aceros con El ciclo trmico es el mismo de es austenizacin completa y homogeinizacin a alta temperatura, sobre todo para piezas fundidas y luego enfriamiento brusco, que puede ser como el caso del acero Hadfield, en agua. Como no existe transformacin estructural, no hay de deformaciones, fisuras o rajaduras, ya que se parte del estado austentico y se obtiene luego del temple, estructura completamente aus- tentica. En este caso, donde no tiene ninguna transformacin al ..u,......,v, el metal templado en los aceros austenticos se ablanda. 157. 3) Ciclos de tratamiento trmico favorecen la reduccin de la oc:asl"ones, aun en procesos "'""'"'-'-"-L......" salteadas o escalonadas de la As como el ciclo de calentamiento, tal cual se comentado oport distintas de calentamiento y el tiem el de enfriamiento abarca la velocidad conduce a continua o 10".+6,,........ d4) Las ms cin y descarburacin. El tratamiento practicado en la economa del proceso. di) Se realiza a temperaturas relativamente Se las deformaciones. Las tensiones residuales son de mucho menor mI'11 n&>1"':':t~ri~ se inicia la transformacin martensita. dem. HG RS: indica transfOTIl[laCIOn de ZONA DE M l----Ql-H.--::::-l~~:--~~---...::l~_.:::_---_i FORMACION { s DE Mfl----~---~~~~----:::a.;~:__--';;::O""'~rl MARTENSITA Si el se realiza en un medio de menor velocidad de enfriamie aceite por ejemplo, se apreciar, curva 2, la diferencia del d pl.:ZEUlllerltO de E y es mucho menor que e anterior y cuando la misma concluido, es decir la periferia .........."'.......v .... totalmente, punto el ncleo ha alcanzado a endurece masa interna hace los inconvenientes antes citad uY." ...,,'-,....... en una ms y con menor V1(lleIICI,a. supumn;o caso COlm::lilc:adlas construidas con la curva 1 las condiciones de n""'1""....o ....... ,~_ a ....,a....'v templado en agua. Se observa mientras la cu "a" COlrreSpOnC1I(~nt;e al enfriamiento de la alcanzado en A inicio de el ncleo a mantiene. el eSl:;aao austentico indicado por B y al concluir el endur miento de la llegando a la el corazn de la za todava est 160. DE O DIAGRAMAS TTT realizarse en aire y obtener un de las curvas FrmleIlto de y ncleo como en la curva 4, vale ue la de temperatura es tan pequea, que la periferia y se transforman contemporneamente, de manera que la forma- la martensita, tiene lugar de modo uniforme en toda la matriz 8IU,1'-"t1, con lo cual se reducen al mnimo tensiones internas y por _r-.ON'r,,'" inherentes del temple. a austenta residual que pudiera permanecer en el acero, que es dc- ermite absorber los esfuerzos que se desarrollan, con lo que, como se 'cho, las tensiones internas residuales se reducen al mnimo. aprovechamiento del conocimiento de las curvas "8" de Bain, cons- un avance muy importante en la realizacin del temple en baos tal como ha objetivadoen la curva 3 de la figura 4, y que con- en obtener martensita mediante la introduccin del producto side- .ca en austentico, en un bao de fundidas se en- a una temperatura un poco por encima de Ms, mantenerlo en COl[}dllCl(me~S el tiempo necesario y suficiente para igualar y unifor- dicha en toda la masa metlica y luego enfriarlo al ai- etipo de temple interrumpido da a la formacin de marten- con tensiones residuales muy reducidas. El enfriamiento moderado final reduce las fuertes diferencias de peratura entre la periferia y el ncleo, en el perodo de formacin de nalrtenSl:ta, y por consiguiente, al ser menos violentas y ms simult- slas transformaciones en infinitos puntos, las' tensiones internas re- duales son de poca magnitud. hacer notar la importancia que reviste el conocimiento preciso la temperatura de Ms y la curva de la "8" de Bain, ya que si el enfria- iento se encuentra por debajo del mismo, se producir una apreciable tidad de martensita, con lo cual se anulara el objetivo de este trata- llamado "martempering" o temple escalonado martenstico. En su oportunidad se han indicado algunas frmulas para calcular S, cuya posicin es funcin de los elementos constitutivos del producto no obstante lo cual los diagramas TrT muestran que cuando acero es mantenid a una temperatura prxima a 200 oC el comienzo la transformacin de la austenita se produce de un tiempo muy caJJaclda,(1 de del bao de a 250 oC es aceite de temple. ref:lpecto se mencionan los valores de la velocidad de enfria- ....o,r1ar"""", de 500 temperatura a la nariz de la Bain: Velocidad de enfriamiento a 540 oC Aceite mineral a 21C de 55 a 80 oC de sales fundidas a 250 oC de 64 sales fundidas a 260 oC de 53 161. Recocido isotrmico Concluido el ciclo el acero o fundicin se enfra al aire. relC.'~LL'''~ Calentar el acero en la misma fonna como para practicar un temple o recocido, vale decir, llevarlo al estado austentico completo. b) Enfriamiento del acero en un bao de sales fundidas, que se encuentra a una temperatura superior a Ms. Mantenimiento a temperatura constante, hasta la total transformacin de la austenita en bainita. c) Retirar el metal del horno de sales y enfriarlo al aire. En la figura 8A), se ha esquematizado este proceso, y en la 8B) el correspondiente a temple y revenido para lograr una dureza similar. Esta fonna de tratar el producto siderrgico permite que la transfor- acin de la austenita se realice simultneamente en toda la masa del ...etal, con lo cual se logra reducir el valor de las tensiones residuales, . torsiones, riesgos de microfisuras, fisuras, roturas, etc. y obtener una structura baintica con valores de dureza variables desde 48 a 58 Re. En tablas 3 y 4, se pueden cotejar los valores de las distintas ca- mecnicas obtenidas por temple y revenido y el temple bai- es de hacer resaltar que para igualdad de dureza y tensin dero- el acero con estructura baintica es ms tenaz, posee mayor largamiento, resiliencia y admite un mayor ngulo de plegado. Rockwell e de rotura kg/mm2 NarglIDl,ento sobre 50 mm % ~stnccl0n % Ke:allEmC:La (sobre probetas f'1l1nrl'M"'~'''' no entalladas) (1) Temple y revenido. a) Calentamiento en plomo durante cinco minutos a 788 oC. b)' en aceite. c) Revenido a 344 "c durante 30 minutos. .nm,n~"""r.rI""",,~ variantes a este tal como se ha 9, deteniendo la reaccin en un punto cualqu ra de su realizacin o por ejemplo a la temperatura T2 en punto donde ya se ha producido un X de bainita y el re nente (lOO-X)lJ(; de austenita an es decir no transformada y friar con lo cual se X% de bainita (lOO-X)% an~enlSH,a con caractersticas mecnicas distintas que si transfo cin hubiese el camino D B e C' Como de la observacin del rh.c>n-.. n,,,,,, diticando los de mantenimiento una cantidad ractersticas mecnicas variables entre amplios lmites. En las figuras 10 y 11 se han esquematizado las curvas de dUf as como la influencia de la velocidad de enfriamiento que de acuerdo la de an no puede producir mod caIClUlrH:~S substanciales en las caractersticas en funcin cantidad de bainita martensita. .-----------------------------------.; 170. 153 550 c= 0,25 % Ni= % 500 Cr ,0% Mo 0,20 ;? 450 ro :; ~ 400 o. E FIG.11. 1- 350 Durezas obtenidas manteniendo 300 diferentes alas 250 350 400 450 500 550 Dureza Brnell 171. 12. Fonnas del tratamiento baintico. 1) Tratamiento ml::lTUen:ntlco-balml resistencias muy elevadas). 2) Tratamiento baintico medas). 3) Tratamiento bainitico con revenido alto 4) Tratamiento (recocido mximo abjlan,damlenl~o). Ms oc La O[J{;eIICIOn de caractersticas mecnicas ....,..-v~ "'''' cuandO la reaccin se con ",,....4-""''''''''''''r.v-.f,,, u;otlerrnu:o vale ~",,~11+''''' o troostita. cuanto ms ......r'u ......... estos son tanto ms difciles de as como la de la nariz del TTT; cuanto nl. :o -o 4 ro c (J) o eCD en (l) (/) > e .a ~ .~ c: ro (l) .:Y >. Q. ro Ol o E -o m 20 -o 2 :oro (J) oe Q.. ::JW E ~ (J) 15 .aQ) ro 1- 2 ro .~ 10 CD e w La ejecucin del tratamiento trmico para elevados re~Ht:ll,elJlI,.;H1, debe en la forma: Efectuar el enfriamiento isotrmico a temperaturas un poco por e cima de Ms seala el comienzo de la formacin martenstca). b) Con el conocimiento correcto del TTT y mantenimien del acero a temperatura constante, el tiempo necesario y su 1 ciente para lograr un estado baintico completo; si as no fuera se corre el riesgo, al enfriar, menor de permanencia de que un cierto de an estable, o1"n, ..."o en con reduccin de la r OU..L"' ....Lv c.a., no obstante el revenido que a continuacin. Tal como se ha indicado en lzs tablas de valores 3 y 4 este tratamien 176. "Ausforming" 7.2. Objetos del "ausforming" El "ausforming" tiene por finalidad, entre otros, los objetivos: a) un trabajo de deformacin plstica a ciertos aceros a .... 159 valores o DIAGRAt1AS TI'TDE 7.1. Definicin El "ausforming" es un tratamiento termomecnico, que consiste en el acero a la temperatura de temple, para luego enfriarlo sufi- ~le]tltE~ml~n1te rpido, hasta una zona dentro del estado austentico estable o 160 178. DE BAIN DIAGRAMAS ClU""""'"U''"''''"''''J, se lo enfra para la marten- a u otro ciclo programado. El trabajo mecnico de deformacin acelera la por no se aprovecha ntegramente el tiempo dado por la curva. Se mantiene el acero, tal como se indica en figura 17, a la lira al intervalo entre los dominios perlticos y nticos Y se aprovecha entonces del tiempo de incubacin cmlSldera- para poner en fonna el acero (que en estado austentico), trefilado, embutido, forjado, que la transformacin perlta baintica comience. Siendo el acero, muy maleable, se lo puede cer sufrir una deformacin muy importante. La temperatura es muy . que recristalizacin. Los defectos introducidos por el tra- o mecnico, son entonces muy numerosas; esto es tanto yor cuanto ms importante haya sido la deformacin. En la parte fi- , como ya se ha dicho el acero o realizar otro proceso mplementario. Esta deformacin de la austenita incrementa considerablemente el umero de de la produciendo una estructura ms a. Ms 179. 7.4. Variantes Teniendo en cuenta el tiempo de incubacin de la nariz de la c va de transformacin es del orden de decenas de minutos, transformacin baintica no tiene ms tiempo de producirse. El acero luego del temple, la estructura martenstica si se enfra a bastante teniendo la PV"H-""VU. Mf. El gran nmero introducidos por deor'm,aClon de la aumenta considerablemente el nmero o ncleos de martensita. Se obtiene as una estructura madamente fina. del revenido a una temperatura no muy para evitar la coalescencia de los precipitados de carburo de hierro, la tructura fina, lo da a un aumento de la mecnica los aceros as tratados y a notab de ductilidad como consecuencia de la reduccin de las tensiones intern La deformacin puede ser uni o sin que se observe aH~c-:;aCl del resultado final del tratamiento. Es interesante hacer notar que la v locidad de deformacin una cierta influencia; el aumento de dUF za vara en sentido inverso de la velocidad. El conocimiento de la composicin qumica del acero por ende de curva TTT, constituyen factores muy importantes, sobre todo para ten en cuenta la longitud y amplitud de los dominios perlticos, y baintico as como el grado de templabilidad del materiaL El trabajo de deformacin plstico para lograr buenos be ser intenso no menor del 60 % Ypuede a el 90 La de elementos carburgenos como cromo molibden que tienen la particularidad de ampliar y los espacios la curv TTT, es decir, producir tal efecto sobre la estabilidad de la austenita permite aplicar con mayor xito este tratamiento termomecnico, dado e tiempo que se dispone para su pues se trata de aceros co "'''...,u....'v.., de incubacin evidente que estas consideraciones limitan el campo de u.1-"'""''''''''''''JAJ la clase de defornlacn. Las curvas TTT de los aceros deben a las formas de los si gtillen-:;es tipos, 19 y 20. carbono. El consiste en realizar un a una temperatura tal que se una austenizacin parcial que puede estar constituida por 50 de austenita y 50 de perlita, aplicando una deformacin plstica del 50 una ley de enfriamiento final se estructuras o con lo combinando la de los rhfprl=>n1'PQ COllstltulyent(~s grar una variedad de caractersticas mecnicas. Existen otras del -rn............"'.....;:'AoU....v ..... '"'V al rlru'rr.-.el"~.nt;;) o inmersin total en un bao de temple, un espesor del En figura 2 se indican los valores de dureza en fun del contenido de carbono. 201. H Aceros al carbono templados en agua %C realizar mediante C"IJC''-.lac.l, una cementacin por la defor- om:leILe muy ele- se 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 aelPosna fundido por medio de un arco elctrico o 400 500 600 700 200 300 Colada. El metal duro oxiacetilnica. 3 se ha representado la variacin de los valores de algu- mecnicas, para un acero de medio carbono en funde deformacin en fro partiendo de un acero recocido. En de revolucin, tal como se se suele imprimir deformacin en fro mediante la de una 2.d. Aporlt; de un metal duro "'.....IJ""., JlH.,.l'.U de un metal 2. Aceros al 100 l"!:lT'OorlO recocidos y 202. / :--- // / / / ....-- / / I / V / y V/ ~J i/ ~ t '"r--- 8% --~ ----- I r--- --....... 1-.....- ----- - r-- - -p 30 20 O 10 20 30 40 50 60 70 50 40 90 Deformacin de acuerdo con la frmula S-s S en 100 Dureza Brinell 240 30 80 220 70 P 210 20 200, 60 190 15 180 10 70 5 160 O O El metal duro, en forma de hilo, se donde se funde llama UhJLU.... CO ..d.JCOJU,'-,:L, ta con un chorro de El 203. 187 como consecuencia eanz,aClon de un depsito electroltico de cromo, sobre una L-'''-' rectificada, se espesores de centsimas a Ut:7.UL,lU.U de milmetro de gran dureza. a tratar. UE~lOJrmaC'lOrLes que .....unrtn..... sufrir las del o de los tratamientos. Costo del proceso o tratamiento. Posibilidad de automatizacin del proceso y volumen o cantidad de a tratar el caso tanto del cromado electroltico corno la las no deben tratar tienen ser prIDtE:g1ldas, mientras que en temlHe selectivo slo se endurecen nece- "'ULH:OLJllJU, del total del acero, un decir que las deformaciones tiene un nmero considera- vista como de ....,..'...rh'" 204. --- -_. - ------- ....... F- "'u de los mtodos de ..,"".."' "'u, "' ,"'''', .......'UlU ..,.., ..V .... elctrica y endurecimiento den ser total o automatizados. FIC. 4. Eleccin de proceso de endurecimiento su- perficiaL 130 I 1.500 1 ,. .+-------..&.---------;+-+ I e b a 4.1. Definicin El temple ,,,"nn-r"h es un tratamiento trmico que consiste e lentar ......n".~1t"'_....... selectiva de un producto sideru durante muy breve "'''''''''''1,,",'', encima del punto tico para por un ITa por inmersin e bao de 4.. Temple superficial La de un ciclo automtico de calentamiento y de tr ferencia permite que el tratamiento de cada pieza sea idn con lo cual se eliminan los errores del factor h no y del azar. De esta manera existe una de produc y una reduccin muy de rel;H4lJ.elneJl, y lo tanto se muy exterior el que se masa una transformacin sin de aUf~te]mta residual aceros al carbono. Por el efecto mencionado la martensita ms ms y de dureza a la se UULleIJle en la de estructura pero ms grosera por tem- 8. de manera que la contraccin en esta zona in- cOInp:reSlorles en la capa mar- 208. lona templada lona metal base recocida Durezas correspondientes Dureza Brinell FIG. 8. Dureza Cl1l'n.al"'h .... obtenida l)por ID por de oe()umo dntp a W con calentamiento por llama oxiaceti- y 10 por el contacto con una atmsfera caliente. El calentamiento induccin es rpido, ......JliUJI. ..,..Jl.UlV 10.000 en muy U'-'J,F, ..............,O:>. 218. 1) Calentamiento con 2) Calentamiento por alta frecuencia. Distancia a la periferia sobrecalentamiento causadas por la inversin a cad sentido del campo que ha n{"I',", de RECIMIENTO SUPERFICLLL POR TEMPLE de 3.000 a 10.000 ,...~.'''-LLvL.... varia desde 5 KW va- pe]rlet,ra(~lOlrleSde a 5 mm. ..,.otT1aor!~rlrQ con circulacin de el enfriamiento final en un bao de ""-U.'>'''''L''''. melUCClOn pre~;eI1lta las ven- Gran rapidez de eJeCUC:;lOlrl. LOiCa!lZ3lClcm simple del calentamierito. Mejora notable en la calidad de los metales tr::ltaC1O:S; 01........0..-1.... ".' ... libre de oxidacin y mayor resistencia a sin. d) Mejora considerable del lmite de y resistencia al de:sg::lSVe. e) Ausencia de contacto; posibilidad de realizarlo en atmsfera con- trolada. n Obtencin de (10.000 Mnimo de deformacin. h) del que realizar una en un proceso seriado de tratamiento. i) realizacin del de un ciclo com- k) j) 228. 7.4. Calentamiento en bao electroltico, efecto de ctod El principio de este mtodo de calentamiento, se basa en un fe fsico llamado "efecto de ctodo". El proceso consiste en lo siguiente za a tratar que sirve de ctodo se sumerge en el electrolito hasta la didad requerida para endurecer, figura 31; el bao hace de nodo. electroltico est constituido por una solucin acuosa de carbonato d (5 a 10 %) o carbonato de potasio, a travs del cual pasa, al cerrars cuita, una corriente continua de 200 a 300 VoUs y de una densida mente 3 a 5 ampere/cm2. Alrededor del ctodo (pieza) se forma un da camisa o capa de burbujas de hidrgeno, con una alta resi elctrica, lo que conduce a elevar, en forma muy rpida (algunos se considerablemente la temperatura superficial del ctodo (alrede 2.000 OC). Al interrumpir de inmediato la corriente (abrir el circuito) za templa por el enfriamiento que produce el mismo lquido del electr Este proceso presenta la gran ventaja de ser simple, rpido y p una automatizacin completa, lo que facilita su aplicacin a proce masa. Como se puede observar en la tabla 4, el contenido de carbono no de en general de 0,60 dado que un supuesto porcentaje como eu de conducira una distribucin de dureza como se indica en la figura 3 En el supue~to de un acero de alto carbono se produce una brusca de la dureza, como consecuencia de que no existe en el diagr Fe-e, figura 33, un rango intermedio de temperatura en la zona det sicin como para permitir un espesor parcialmente endurecido, que ducira un respaldo considerable y vnculo de unin a la capa endure superficiahnente. Uno de los recursos utilizados para lograr una mayor penetrac consiste en precalentar la antes del temple. Este calentamie puede realizarse con el mismo soplete de temple. Ahora bien, dado qu soplete imprescindiblemente trabaja con ducha, se efecta el avance O rotacin de la pieza en sentido inverso, vale decir adelante va la duch a continuacin el soplete. Si luego se practica el temple, se invierte el avance o el sentido de tacin, actuando el soplete por adelante. El precalentamiento se suele efectuar a una temperatura en 250/300 de esta manera se logra una mayor penetracin del cal que al practicar el calentamiento para el temple acta an ro' El medio refrigerante para aceros al carbono y de baja aleacin es mientras que en los aceros aleados se puede utilizar emulsiones tlU~lLle:j. en virtud de que al producirse la transformacin de las redes bicas de caras centradas en cbicas de cuerpos centrados, el to de carbono encuentra a raz de la presencia de los tomos de los eleme tos aleantes una an mayor para abandonar el centro del c bo, dado que tanto el tomo de hierro como tambin los otros compone hacen el camino hacia las caras de las redes muy difcil retardado. 229. %C Electrolito Te 0,90 Pieza a tratar (ctodo) 213 Ctodo T, 0,40 alt:aC:Ill, el hecho de encerrar el sinlplifit:lClrt e endurecimiento superficial desarrolla un estado de tensiones resin avorable a condiciones en servicio (Pomey). Los regmenes ptimos de la deformacin plstica endurecedora an se han elaborado con suficiencia; stos se establecen experimental- en caso separado. "Las superficies las piezas que trabajan a alta cargas es ne- sario mecanizadas con el mximo de pureza econm.icamente ac(;mt,ame. odas los tipos de operaciones de acabado (pulido, esmerilado, superacaba- do, etc.) aplanando las microirregularidades que quedan en la superficie de~mlls del anterior tratamiento mecnico ms contribuyen a elevar resistencia a la para las fabricadas de ma- '[prl!:l~lC resistentes y Da buenos el pulido influye considerablemente en la estructura la capa o'n"O'rni'li!: accin de la y calor se durante ocurre el cierre cristalitas por la mecnico anterior. La b~""""'-A''''U.~A'> se u.pJU"'''''T'''i",..''''''',..... de temple. L-aierltaml'emco brusco c!l1r'n"r;hA;~ seg;mclo de temple (llama oXlac~~tllenlca,induccin, Cementacin al carbono y temple, carbonitruracin y temple Acero Hadfield: Mn 12 % C= % Capa superficial de los aceros cementados y templados, con austenita residual Con - TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS AC TABLA 1 ANTONIO Autoendurecdo por Nitruracin de aceros al Cr o al Al Granallado o shot-peening Rodadura de rodillos con altas pn~Sli)n~~s Estado a Los aceros se someten con nr,ptt::lrp"n""I~ macin plstica. Los materiales nor al Mecnico como las fundiciones obedecen e deformacin en A este tipo de rel[;lI1rlUmt;o fJ .....,..., ....."'." .. someterse fundiciones ferriticas del endurecimiento deformacin en aqu, del por deformacin en fro e que para materiales Se endurecen deformaci tambin las fundiciones inoculadas y alta con esferoidal. Trmico En la pulida es ms fcil descubrir los defectos de la snperncial, por ejelnplo, las fisuras grietas de temple, etc Los mtodos fundamentales para endurecer la capa superficial p deformacin son: 1) Granallado, shot o bombardeo de pel~m~~onles. Rodillado o rodadura de rodillo a presin. 3) Troquelado (estampado calibrado en fro). 4) Para agujeros, a) acabado brillante con rodillos de acero b) calibracin con bolas, c) brochado a contraccin con de aplanamiento (mandrilado). Termoqumico Procedimiento 230 247. pelrdll~oIJadlo sobre la vida deformacin en fro TV..{~i"1',t'O fra- mediante la nr()VE:CCJlOn sobre la cara aU:eL,a.a::l, cc)mlpr'eSlOIles ~r":,,rfn,", del lmite de se utilizan esferitas En el supuesto de endurecer C'nln'~1..-h~.~ cialmente de poco espesor, se recurre al uso de esferas no metlicas. Cada esfera T"'-"t~rnH' la solorE:eIllU"lLreCunHmt;o excesivo dad y fisuracin en la capa supern'Cl2lL El "shoot es efectivo para reducir la accin o concentracin de tensiones en muescas, ranuras, acuerdos de radios o en defectos os, superficies etctera. Las bolillas, esferas o que se utilizan en este proceso gene- lmente son de acero o fun- pero tambin pw:men r de metales no ferrosos o ateriales no metlicos (vi- rio por el tamao de las se identifican por un nmero estandariza- do por la norma SAE J 444. Cuando no se desea con- cctruDular el material con par- o polvillo de fundicin o residuos de carbn, como es el caso de tra- de acero inoxida- 248. del nmero de un acero aleado carburado y te TRATAMIENTOS TF~RMICOS DE LOS OO"terlIaas, mostrando la .~+lnr>,.... r>l superponerse con COInDre~nl1.. mientras que la cara op1ue,ta dado que las ~U~""U"A"""'''', LUCJ.U.C;O redondeadas y las 0111r.Dl'hf'~lDC! Dr(~Sll)nE~S elevadas. v::;..UAl.v.... ms conveniente de enaure~31nllen u.V'O"';;,~l.I.U de acuerdo con las propiedades material a su y resistencia mecnica. En el caso de dosificacin e se obtiene, con facilidad, el sobreendurecimiento por deforma en fro que produce fragilidad y fisuracin en la capa superficial. Los aproximados para los aceros son: 1) Velocidad del flujo de 50-60 Intensidad del flujo 50-60 """""r::-. ser que el trabajo de deformacin en fro reduce la capaci- tiene la para retener en solucin slida ciertos elementos, oxgeno fsforo. El trabajo de deformacin 'o, en aceros de carbono, da al enveJleCJlm:lenlto, aeSnJlazan los la solubilidad slida el n la 4 (b) Y(c) se observa la influencia los de traccin de un acero extra dulce en fro metido a temperaturas variables entre 100 y 200 oC con 'ntos '"',"'_'''''40''''''"'-'' reE:PE~ctlvamEmte. 4. Modificaciones que se observan en el acero laminado en fro y pn"P>(~lClo 259. ~_,~IhC'1"'..I..1.'l';,lv....'Vu, los fenmenos que considerar. 266. Los factores de revenido son: Estado inicial del acero, temple. 3. Factores de revenido c) de revenido. d) Tiempo de calentamiento o du cin del revenido. e) Velocidad de enfriamiento a con nuacin del revenido. FIG. 3. tensiones- defonnaciones. recocido templado revenido templado Se ".nr".n",,~h,,_,,~ ciales (M2;) M7 MzC o MC), que se forman en los mismos lug donde las partculas cementita estaban previamente. Sin embar posible directa de partculas de carburos especiales, so saliendo el endurecedor de la precipitacin (dureza secundaria) La cementita formada en el ltimo estado absorbe progresivam de los elementos de aleacin; este hecho es bien visibl la 11, donde se el contenido de cromo, que va a tener 1 mentita, en funcin de temperatura de revenido, es cuanto elevada la mayor es la afinidad que el carbur hierro existente formar un carburo doble. Al revenir a 700 ma ser la compuestos que cuando realiza a 600 Esto ir formando el concepto de que al considerar los resulta VIJI"C;lJ.J.UJ0 por hay que tener de acero se trata. En la tabla 1, debida a Kuo, se identifican sucesivamente los car ros de acuerdo crm los distintos aceros dealeacn. En la tabla 2 se inc yen las caractersticas volumtricas de las distintas fases del acero. A modo de sntesis se puede decir que los aceros se cian en el revenido de los al carbono, por sus distintas reacciones que nen a elevadas temperaturas. Las citadas transformaciones que son como ha dicho en su opo dad, lentas tienen gran implicancia en algunos aceros, tal como los para trabajo en caliente, dado que puede producirse vinculado a la precipitacin de elementos duros o ablandamiento, como consecuencia de la redisolucin de los elementos. 277. Troostita 263 e 0,9% Cf= 1,0 100 Duracin del revenido (en horas) revenido c) Martensita y trr)Ostlt:a: ~ '+:i e Q) EQ) u !!! Q) 1J O eQ) Oe ~ rel:::oC:IQl), se caracteriza por la no obstante posee una du- el tiene un ablanda- ''':lY'Q(>'tOY'1'7'-'l por la coalescencia de elementos ul- En el estado final al rO't:rcn"u se desarrolla el ciclo antes es produce la de la ,..""........ '"'.,,,.''0" de la solucin slida sobresaturada lugar a un ablandamiento. En la debida a se han es- querrtatlZGlQO las clases sus por revenido. la citada se cuatro estados con distintos COll1st;ltllvmtes: Martensita; b) Sorbita. acuerdo con el estado inicial del acero, las de revenido van conduciendo a distintos En el caso el nico martensita. A medida a) Influencia del estado del acero luego del temple Las diversas circunstancias que median en la realizacin ........'"JI r>"., "'" .... y.JLU ............ el estado inicial del acero templado, al sentan un factor muy pueden estar COll1st:lttndas, punto de vista de la forma: Estado inicial correspondiente a un recocido. Estado inicial templado (martenstico). Estado inicial nln.01"'Tarn 278. por troostita modificacin es estable. 2 CARACTERISTICAS DE LAS FASES Dr~L Contenido Nmero rnedio Perx10 bu:remento de carbono de tomos en de red del volumen % tomos en una 1()-S mm clula unidad Perrita 2,000 0,2861 0,12708 14,5 Austeniia 4,000 0,2 4,037 0,4 4,089 0,6 0,35778 0,096 23,0 0,35842 4,291 0,35906 1,4 4,427 0,36034 Martensita O 0,12708 0,2 0,12761 0,4 2,036 0,12812 0,6 2,056 = 0,2852 0,12863 0,077 11,5 c= 0,2932 2,075 a = 0,2849 0,12915 = 0,2955 1,0 a= 0,12965 c= 1,4 a 0,13001 c= Cementiia 0,13023 4 que de revenido va estructura se va transformando en troostita 279. A: austenita M: martensita T:troostta sorbta cb eX1Jerlm,enlGai1 los en el PrE~vH:unlent;etE~ml>laldo, de acuerdo con su estado +u,.nc."u::> troostita y martensita la que se produce . ar es vlido para el caso d. medida que la temperatura es ms pronunciado su e ecto, hasta llegar a 600 donde el nico ser sorbita. Por consiguiente, es muy importante tener cul el' el del se parte, para determinar va a producir el t"P'LlPTllI10 Estas circunstancias suelen presentarse en la vida prctica y tro- ezar conque el revenido a 400 oC ha dado lugar a muy poca va- 'acin de la dureza. El estado inicial hiperlemplado y austenita) de las siguientes formas: 1) sobresaturada y -t cementita + solucin menos saturada. Solucin sobresaturada 'Y -t cementita + martensita o bainita. Solucin sobresaturada y martensita o bainita; esta transformacin Portevin, no se revela durante el revenido, s luego al final' del tratamiento. Esta formacin es anloga en su totalidad a la que se produce con la austenita primaria. 13 se esquematizan las transformaciones que se produ- caJlentaJml!enito progresivo sobre la austenita-mariensita resul- 800~1;Ii." . . Zona crtica 280. tante de un un acero aleado con 5 0,25 % de carbono. En la figura 14 se puede observar cmo varia el porcentaje de ta residual, segn el contenido de carbono y la temperatura de cin. b) Velocidad de calentamiento al practicar el revenido La velocidad de iniciacin del calentamiento para efectuar el re do, no tiene mucha importancia en la evolucin de las reacciones, pe la tiene con respecto a las modificaciones locales, en su escalonami en el tiempo. Si el efecto del temple es uniforme en toda la masa de la pieza tr da y el gradiente de la temperatura entre las distintas es pe o, evidentemente las reacciones sern simultneas. Un calentamiento brusco o violento origina reacciones aceleradas simultneas, sobre todo en las partes ms calientes. Este andamie tiene implicancias que se traducen en obtener propiedades semejante heterogneas. Por otra parte, el revenido puede conducir a uniformar caractersticas obtenidas por un temple heterogneo. Si se tienen presente las variaciones volumtricas que se origi con el revenido, es factible que se produzcan por el calentamiento rpi deformaciones, distorsiones, fisuras, tensiones internas y a veces I" ras. El efecto del calentamiento rpido es ms perjudicial, al comi~ del revenido, cuando el acero es ms dado que su alargamiento rotura es despreciable; esta circunstancia es ms notable en los ace rpidos, indeformables, etctera. En su oportunidad se enunciarn algunas premisas y precaucio con el objeto de eliminar el peligro de roturas y distorsiones. Es bue prctica el acero inmediatamente de templado, si es posible tes de que su temperatura de enfriamiento sea mayor que la ambien es suficiente que haya superado los 40/50 oC. De ser factible en caso de temple enrgico, conviene introducir cuando la pieza an est caliente, en el horno de revenido, bao de ace' caliente o sales fundidas, para luego concluir el revenido a la tempera ra SeleC(:;lQlt1a(la. De ser factible es muy positivo practicar el revenido de aflojamient El revenido ms simple, llamado de aflojamiento o distensin, se r liza en agua o aceite a 100-120 con lo cual, sin prdida de dureza, aumento de la tenacidad y eliminacin parcial de la austenita residual a las tensiones internas. Se evitan adems, las variaciones dimension nsur:aClones. rajaduras, que se producen a temperatura ambiente por debajo de cero grado centgrado, sobre todo en invierno, cuando 1 temperaturas son bajas, dado que el metal se encuentra en condicin Estas variaciones tienen lugar en cie tJ.l;C;.a,C). como instrumentos de medida, de et que se construyen con aceros finos. 281. N'O de lneas de cementita Martensita cbica Parmetros de la martensta 100 200 300 400 500 600 40 r-_A_us_ten_ita % 2,98 2,94 2,90 2,86 1,04 1.02 1,OO~_-J-_..;a",. .....I..._.....I..._...I..._.l.-._"'" HRc Dureza 60 HRc ro 50 N l1J 40 :; 30O 2 d) Temperatura y tiempo de revenido 13. Accin de la temperatura de revenido sobre la mezcla austenita-marten- tao Acero 1 C 5 % Ni. Cohen.) La de revenido variaciones en las "g'rmpO:SIC:LOU: En las tablas 6 y 7 se dan valores de otras eXlpel,.e][1ClaS, ms se la accin an ms acentuada por De los incluidos en las dos UHJAU.LUO .J'~'-"~'-' la relacin entre la dureza DOl:"centllal de carbono del 2, se traza una horizontal ,n1ra'l"'oo....1-a en 3, 4 Y5 a las curvas cOl"'reSpl[)n(11ent(~S 500 y 550 del nrc)vprt,:rlln los puntos 3, 4 Y5, sobre el para cada el necesario TIempos a) Sobre el e) de abscisas del que se supone de 0,80 b) Se levanta una vertical hasta la curva de 40 Re: punto 1 e) Desde dicho punto 1 se traza una curva tar en 2, la vertical levantada en el diente a Desde el c= Se para una dureza de 40 Rockwell la tem ratura t"H:::;,l.ULIV de mantenimiento a de revenido de un a ro cuya r>{'HnT"C"r>,n,n es: 309. 295 tlemtJfO de alrededor de 200 oC 220 230 240 260 280 290 300 320 350 400 TABLA 8 colores de revenido. dos horas 30 minutos. diez minutos. minutos. Amarillo claro Amarillo oscuro Marrn Prpura Violeta Azul oscuro Azul medio Azul claro Gris azulado Gris Es de hacer notar que no a!e:ntalllllen1;o hasta alcanzar la telnp4ara.tU]~a la tabla 8 se indican sellecClOn.a un tiempo de bien y que dmnaSUllUU prolongado. puede ser a aceros al carbono y aleados con eleInento Y que no ms 1 % de cromo, ms de 0,5 % de molibdeno. Los aceros con alto contenido de cromo, tungsteno, cobalto y otros ~Je:ment()s de no presentan de o acusan co- dlterEmt.es. as por ejemplo aceros ricos en cromo y los IDenacla- COlOre!S de revenido de sesenta grados cent- por encima de los 310. Captulo X TRATAMIENTO SUBCERO O CON FRo "''1"t, ...0'''' ''''...'''..... +~~,~.~~~ res para La dureza r.o.... i6....'n.-, cio una elevacin de ""'''!J.~IJ('vr'''''~ cin que la resistencia al de:Sg::ist'e, variaciones de las prlXl,m:iE: la dureza permanece ms estable Por el los aceros como se ver a vV.lL"JlAJ......a.',LV.U. sentan mediante menores velocidades de entnanamt;os, cleo ms con buena resilienca remanente. Los elementos de aleacin ms frecuentes son: pUGIEmCW encontrarse simultneamente los ellos como elementos aleantes. De acuerdo con Guillet, el estudio de la accin de los elE~mlen1tos aleacin efectuarse teniendo en cuenta los i:!L:;UJ.C;J.LI"t;;C IJU.LLIJUO. Efecto sobre las caractersticas m(~C2lll1cas. refieren al u U,'-'J. al a: o UJ O o o O z ::::> u... O a: a.. Si solubilidad fuera muy se reduce la importancia capas lmites. En la figura 8 se han trazado curvas de penetracin en del tiempo-temperatura, considerando que la carburacin propia dicha ha demandado e insumido un tiempo de dos pa ciar el proceso. ..'C:'.Lj,..,........O debidas a Harris con cementante de Caron (60 carbn madera y 40 % de carbonato de bario, cementante muy e co, susceptible de generar cenlentita libre) han dado para distinta peraturas las curvas de penetracin-tiempo de la figura 9. Recordando que la de carburacin debe ser cuanto ms elevada sea (teniendo en cuenta que la difusin e FIG. Profundidad total en funcin del pn~ca.lerltamlentofue supuesto de 2 horas). 338 352. o 339 todo ,",VAJ"UAAU;V ciertas '-L.lW'JUj'A'-'J. adecua- como para cuando se ,",v.l;'LJ';U..l.l no siendo tJVCHVj,v de la carburacin con cementantes "'V"H""~Jl"lt:>Y-C que mediante un tratamiento de difusin nrn..'- C'o una curva como la que se en la y obviar ln(~OrLV~nl'entes3.J.'1tes citados. 369. FIG.19. 2 Profundidad ""'n1I"n determinadas curvas de cementacin, se 1) Tener en cuenta velocidad de difusin del carbono en la au nita y su con los elementos en el acero. La es funcin de la y la r11rr!lf'lf'1n 370. en funcin mm Cementante de Caron nhC!D"r""'I1Q'" cmo aumenta """'LU""J y que la misma no 2 C =0,15 % Cr =0,50 % Ni 1 % o 20. Profundidad de TD>~Dt-'''''''''',n del e a diferentes ton... nn,r",tll""" horas de cementacin. 371. C mm { C015% % 4 mm 4 3 32 { c 0,15 Cementante Caran Cr 0,50 Ni 1 % Temp: 925 jI" Cementante Caron Cr: 0,50 Ni: 1 %o'-'- 1036 "'~~~ Composicin apr -- -""" -~ ~~ - - ,... ~1" - del lmite de la e ~ --:r..... .-4 ,~ Il:- ~ v p,t;;-.r:.~~~15 Profundidad de ~ - - - - -- -~13 - - ... :::::-..... ...::--:.... penetracin del p o 0,20 0,60 1,00 1,40 1,80 %C FIG. 22. Cementacin durante 48 ca'ml0mnCllon de la capa CerneJ1W.03, funcin de la temperatura de cementacin. FIG. 1. mlJQEHCJIOn de la capa '-"'-'J'H'-'Hu'r"hr'Tlr. se trata de aceros ser necesario regene ncleo templando sobre es decir entre 920/950 oC para aceros bono un segundo temple entre 760/800 oC lo mxima dureza superficiaL Un revenido final entre 160/180 reduc buena parte de las tensiones internas generadas por los tratamientos. El criterio de realizar el temple suave de regeneracin del ncl motivo de opiniones ya que autores como Brealy acon reemplazar dicho temple por un recocido corto (15 a 20 minutos misma temperatura (900/920 con lo cual reduce el peligro distorsiones y posibilidades de roturas. Oertel considera conveniente efectuar un recocido intermedio a en lugar del temple de regeneracin, as como otros aconsejan entre temples, intercalar un recocido intermedio. Este recocido subcrtico ( de ACI) permite transformar la perlita lam~nar grosera en perlita glo con lo cual se lograra una mayor tenacidad del ncleo y de la zo an:SH'::lUIl. Tambin sera favorable este' tratamiento en el caso de carburacin, porque podra romper la red de cementita libre y obt en vez de la a una fina dispersin de carburos, cual se una mayor resistencia al desgaste en la periferia. Es conveniente hacer notar la necesidad imperiosa de conciil tratamientos trmicos de manera tal que, en piezas muy exigidas, 1 sencia de ferrita libre en el ncleo sea mnima y con preferencia uul En general la tendencia moderna es realizar un solo temple so do en los aceros aleados, pero teniendo en cuenta lo antes comenta particular para los aceros al carbono, pueden realizarse dos tipos d tamientos trmicos: no interesa la tenacidad del ncleo y se desea reducir al mni deformacin de la se templa entre 760/800 oC en agua. En lo casos citados, con objeto de reducir las tensiones de temple, aun s ficando de es conveniente un _~,,,~....rlIA tre 1 1/2 a 2 horas. 360 374. 361 .U'A""",",'V, suelen estar compren- 8 25/10 ...o.rlln,crrc.n un ncleo de U~F, "U'v~L'IJ'-'U tratamientos trmi- U.l""UUVO, adems de lo variedad, como ms aconsejable se en los eXl[)rE!sado. tenien- se recomien- rel)re!Se]nt~ldo una serie de valores se han ,'....".h.,...n'~"'C' y templados de acuer- aPJlIC2lr un solo Calentamiento a 925/950 oC y segn la forma dimensiones de las con predo- una dimensin las se hace en aceite o al aire y en las de secciones donde se pueden efectuar enfriamientos bruscos o vio- se realiza en agua. En el calentamiento para efectuar el ,",,-,.n'T'"'' niente tomar ciertas o In..... f-11'Y"~...... fA en lenta tJU'''U.U.,",UJLU va hasta alrededor de 550 oC friar en agua; en este caso ,",UL.1UJJlvlJ. revenido como en la "n'"~'ll""""rl Las caractersticas para el ncleo prl~nclldlas dentro de los C'l"nll,(Yn'~r>'" 375. Mo == 0,2 Cr 0,8 Cr == 1 Cr:::: 1,0 Mo TRATA11IENTOS TERMICOS DE Ni == 3,5 Ni C:::: 0,10 Ni::::- 2,0 E. FIG. 24. bajo la capa carburada de distintos aceros de cementacin templados. (1) Acero Cr-Ni-Mo: C == 0,15 (2) Acero Cr-Ni . C == 0,10 (3) Acero Cr-Mo . C == 0,10 (4) Acero Ni : C :::: 0,10 (5) Acero al C . C :::: 0,10 tacin el acero, en lo que al contenido de carbono derrselo como constituido por dos aceros: 1) El ncleo de la pieza por un acero extradulce. 2) La capa carburada por un acero de alto carbono. En virtud de lo expuesto, es que deben considerarse los posibl tamientos trmicos a UIJLH_"'j'~r ir la en con cementantes uVJU."",'U_7, susc(mtJbJles en el ms de los laboratorios de tratamientos trmi- se cita a: a) Aplicacin de tierra refractaria con arcilla o barro de tierra. b) Tierra refractaria con cierto contenido de para reducir el de la misma. 1"'n.,",.,~>f"""'0 "'J e:X:nlr-eslO- pero hasta el momento el criterio Ol:lt..., ....Hl por los valores de anteriores. 391. rdem anterior con mayo aumento Zona 1: 10 2 32 392. x 550 393. FIG. 38. Zona templar. laminar forma 394. FIG. 40. Zona temple """,or,ro a la carburada ..........'1. V.'J.VJ.U a tener en cuenta cuando se en que el espesor (,,,,,,..h .....,,,rlr. ta en los ensayos de choque. coronas de que en general tienen que una fuerte que carburada sea profunda o gruesa, que exceda en todos los casos me:nClOIllaa.OS, de un espesor de mm luego del rectificado. En de automotores un eSl:>eEmr de mm del rectificado es aC()nEle]Tlr,,,u, poteIlCl:as, veniente que del rectificado el UU.LUJ. ...... 395. con el medio de calentamiento los hornos nn,nrlr,..... '-&AUOJU'J'A .... ~ de una buena cantidad de lib de manera de ser ms el ma U .... '-'AA... Vcr Elemento que difunde Transformacin de la superficie durante el enfriamiento Ncleo Fases durante la cementacin" capa Temperatura de cementacin Tem 404. intermedia::; (entre las encontrar con el estado vv'~u.vu.. Vv dos casos: a) que el acero encuentre en alfa ms gam- halle solamente al estado alfa. En ambas ocasiones disolver como en las opor1:UIud.adles facilidad que el dado que en el una austenizacin o disolucin pro- mientras en el slo actuar 81- lineamientos de reacciones que tienen lugar . en el lSliones: si ncleo se en- llevar a condicio- V caben dos 1) si el n- la constituida por una solu- se produce el endurec- del estado austentico 405. FIG.2. Accin del nitrgeno la posicin del comienzo la reaccin isotrmica tres aceros (Pomey). (1) e = 0,05% (2)C=0,5 (3)C = e TIempos de igual descomposicin . estructura de la capa C'H'''''V,,1", El del tratamiento las COJ1Q]lCl(:mE~S realizado a 730 oC una mezcla de hierro-carbono ,ma el otra constituida por n?-(,rl,',r-1"{,C icin de la austenita al r,,, si se efectuara un 'V"''',..........LV la isotrmica de la se observar que a Laldad de carbono la de se traduce en los efectos: 407. LOS FrG. 3. Carbonitruracin de 10 a 1000 oC sobre acero dulce E E e '0 ~ ID e ro a.. ~394 2) En el dominio tiene lugar un aumento muy pronunc do de los de incubacin, figura 2. 3) Las velocidades de transformacin. en el dominio baintico se ducen considerablemente. La simple observacin de la figura corrobora lo expresado en los dos citados items. Los efectos del carbono con a la posicin de Ar' se notoriamente afectados por la presencia de nitrgeno, con lo c se amplan las posibilidades del tratamiento. 5) La diferencia notable que existe entre la composicin de la ea carburada y la del metal base en la carburacin, implica una ferenciacinmuy notable en los momentos en que se produc las transformaciones de ambas zonas. Si la cara superficial e tiene nitrgeno y el metal ms alto carbono, esa diferen se atena, pero se magnifica por el efecto del nitrgeno y per teniendo en cuenta que el tratamiento se realiza a temperat ras mucho ms bajas, que sea factible la utilizacin de acer aleados con meda carbono y posibilitar el temple baintico d ncleo en baos de sales. La difusin del carbono y del nitrgeno presentan distintas alternat vas, siendo la fundamental que la presencia simultnea de los citado elementos, modifica el comportamiento individual. Segn Sourdilln, Bramley realiz la siguiente experiencia: efectu do una carbonitruracin con una mezcla de monxido de carbono (CO) acetonitrilo (CN3CN) o amonaco, encontr que en funcin del tiempo determinadas temperaturas, la cantidad de carbono fijado, aumenta ca la magnitud de nitrgeno activo, presente en la mezcla. As se apreca,fi gura 3, que para el peso de nitrgeno que varia desde a 0,5, el peso d carbono se incrementa de 1 a 2%. Este hecho en virtud de que lo coeficientes de difusin respectivos, de los dos elementos, crecen cuand se encuentran simultneamente, figura 4. 408. 1110 Inversas de temp. absolutas 12 Qi 8 1o.a ""-_8OO""------'85....0_9..L.00_....95....0_1OO..L._O_o_C..-.. FIG. 4. Variaciones de los coeficientes de difusin con la temperatura. Un contenido de a 825 oC la ve- lV'"' .""''''''''''' de reaccin. en la son ms activos a que a temperaturas ms elevadas (950 la velocidad de se acelera con relacin a la carburacin '-J.Ui:>H"':A, a medida que la reaccin tiene a tem- ms moderadas. Bever y Flore han efectuado un trabajo muy interesante acerca de las reacciones simultneas y han demostrado cmo varan las proporciones relativas de carbono y nitrgeno en funcin de la temperatura y del tiempo, figura 5, y la dureza en profundidad luego del temple en aceite. Utilizado una mezcla gaseosa y variando la temperatura del tratamiento, ha hecho posible regular la profundidad de la relacin N/e y la concentracin de estos elementos, que se traducir en modificaciones de las propiedades de las capas carbonitruradas. La modificacin de los parmetros, y atmsfera, se traduce directamente sobre la capa carbonitrurada, que presentar diferentes estructuras y que variarn de acuerdo con la velocidad final de reaccin. enlenlQO .....'W"c'cH::"nrn el efecto del ..nt-'W"i"...o.."n .... 0.4.'-"".'u... v ..... , al subsistir una CaJfitl.oa,o '~..... n,n1l'"1~ .....'t-o De acuerdo con 10 expresado, ....."....,",.....1'1" mezcla gaseosa rica en nitrgeno naciente 10%, gas las estructuras resultantes que se observarn en la capa de tratadas respectivamente a 760 y 825 duran- estn constituidas por: 1) Una capa blanca superficial la disminuye, caractersticas en lo que a su JOJ......"',... v,......... v ...... a) Por tratamiento a 825 oC ......"'C0.4.... OJu tomos 409. 0,25 2 11 penetracin (mm) FIG. 6. Austenita nre''''C>1nt'o blanca en funcin reaccin mximo) neng,to:rr (1) 60,7 69 86 SO (2) 76 85 83 91 83 60.7 69 90 70 H" R;,N RI5N RA 20 ) b) Por tratamiento a 700 oC por nitruro de hierro (Fe3N) (el e bono reemplaza algunos tomos de nl'tl"iHYO,nn c) Por tratamiento a 760 una de ambos consti la estructura resulta entonces PY1~rpm~lrl mente distorsionada. .lJ~:;U(IV de la capa blanca, se encuenr;ra una mezcla de austenita y m"r.u."O;:; tendr igual cara por temple final. 19) Si aceros muy teniendo en cuenta COlm:)O~aC11Orl, la estructura inicial, el tiempo y temperatura tratamiento a baja temperatura, la perlita del ncleo cuentra como constituyente predominante) sufre un T"','H""~~ o menos intenso de coalescencia con que se logra un ncleo maleable y resiliente. 20) En lo que a la estructura de la rada la el tamao de el grano de la austenita rstica y por la martensita 414 428. Captulo XIII CIANURACIN La cianuracin puede tener por finalidad ......."'............vu de los '-'....;." ........'-" .... V~AJ Los ......-~Lr...r_::."..ya"L'-"J factores que intervienen en la cianuracin son: Producir una dureza n.",",,,,,"'hrn una buena resistencia al ael,gtlStlB. c) ambas caractersticas sobre SUlpeI'11CleS no rectificacin o bien alabeo o distorsin compatible con b) del tratamiento. c) o duracin del tratamiento. Tratamientos trmicos finales. e) Productos a tratar. 2) Objetos de la cianuracin La cianuracin o carbonitruracn o es un tratamiento que consiste en un producto o,r1o"l"'1l'rn"'t>n durante cierto a una sobre el punto crtico Ac, en un medio capaz de carbono para luego enfriarlo en agua, aceite o baos 3) Factores de la cianuracin 429. el cianato se descompone en: + 2 NaCN + 00+ 2 N. ~ NaNCO. + (C). se ha el cianuro que LlC-J.J.U1lLJ.U.V al oxidarse nuevamente. NaCN + 4 NaNCO--1' Por accin de la (3) 2 CO Como se producir el Cementantes. Proceso de la CLanuracin bsicamente est vVJU."""""U.U'V por mezclas s del tratamiento est por ci ro de no que la de y monxido de bono se produce como consecuencia de activos que dan reacciones en el bao. El cianuro fundido en contacto con el se oxida y da la del bao a que a su vez actan tes reacciones: El carbono naciente es el que se absorbe y difunde en el metal, mismo que el nitrgeno, para formar carburo y nit de hierro. La cianuracin del producto siderrgico tiene lugar entonces po accin del carbono naciente, mientras que la Ditruracin por el nitrge formando como se ha dicho respectivamente, carburo de hierro y nit de hierro. La actividad del en lo que a la accin se refiere, ligada a la velocidad conque se produce el cianato y descompone, tal e mo ha indicado en las reacciones qumicas. El contenido de cianato no debe ser superior del 3 Uno factores de gran influencia en los resultados obtenidos t afectado por la temperatura del tratamiento. 1 se puede con la I'a,..hl'1"''3l'li1,n fundidas, la se caracteriza por tener una cantidad de nitrgeno y menor de que las con aquel tratamiento tel"mI001111I1nIC:0 En la tabla de valores 1, se indican las COlnp'OS]lCl()nf~S calidades de cianuro de sodio comercial. 430. 30,0 40,0 30,0 30 (b) 625 oC 45 (b) 570 oC Calidad 75 (b) 590 oC 97 trazas 560 oC 96198 (a) e N incorporado TABLA L FlG.L Slido cristalino blanco. Esta calidad tambin contiene cianato de sodio y 0,2% hidrxido de sodio (Na0H); no contiene sulfuro de sodio (Na2S), Mezcla blanca. 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1)por carburacin por sales carburadas. 2) por carbonato de sodio y cianuro de sodio. OMPOSICIONES y PROPIEDADES DE MEZCLAS DE CIANURO DE SODIO (A.8.MJ 431. 0,0127 0,101 30 min por: 40%. 25/50%. flspe,or de capa en mm, obtenida por inmersin de: 0,006 0,04 15 min TABLA 2. NaCl 20/40% ~30% NaCI = 30% de cianuracin oc 704 760 816 871 de los baos para "'~:;;;.U.~'vLA'U,"-U lmites: Una lU';:;LJ'-J.U de uso corriente est 3 b) c) Temperatura y tiempo de duracin del tratamiento de cianuracin vara entre 760 y 870 oC. Las temperaturas menores se utilizan cuando se desea lograr un distorsin mnima, dado que al templar el ncleo se encuentra austen zado parcialmente, mientras que las de rangos se empIe cuando adems de elevada dureza un ncleo ca una mayor y resistencia. Los de cianuracin ms usuales estn comprendidos entr 30 60 minutos. la tabla 2 dan los valores de de capas para U.LOl;UL'l;a telrnr)ratlJr~lS variables entre y 45 minutos, en una un acero S.A.E. 1020. Las sales de carbonato y cloruros se adicionan dar fluidez al b o control de los puntos de fusin de las U.LTl "".uuvU,"'''HJl....,"'.....~...""n. a la fundicin maleable con el en este caso, de de dureza elevada. 435. El contralor de la dureza como del espesor de capa nnnllY",">rt realiza de la misma forma que para la La dureza puede variar en una de 40 a Rockwell C. La del ncleo tendr un valor acorde con dades del uso y del acero utilizado. Referencas: Metal handbook. A.S.M. 436. Captulo XIV que es oOt;enma sin NITRURACIN tener entre Producir elevada dureza "uu-..n,rT''''' nor '"'v.... t......v. 1) Definicin 2) Objetos de la'nitruracin La nitruracin de acuerdo con la definicin del comit de la junta AFA, ASM, ASTM SAE, es un proceso de endurecimiento superficial en la cual aleaciones usualmente de composicin son ca- lentadas en una atmsfera de amonaco o en contacto con material nitro- g'e~na.ao para producir una por absorcin de .......-voi"'...",....'n temple o final. La nitruracin puede realizarse de dos Tn.-rn;,. a) Seca o gaseosa. b) Hmeda o lquida. La nitruracin seca o gaseosa consiste en calentar un acero o hierro fundido de composicin durante varias horas a entre 500 y 590 oC en una atmsfera de amonaco capaz de f'orilo:rllo no activo o naciente para producir por su absorcin una dureza 011"'0..-1'"1- cial muy elevada sin temple final. La nitruracin hmeda o lquida consiste en calentar un producto siderrgico en un bao de sales con base de cianuros a temperaturas com- prendidas entre 525 y 600 oC cierto tiempo, minutos o horas para superficiales que el en vO~JC;"U;lJ. de tiles, etctera. 437. factores que influyen en el proceso de nit de la nitruracin gaseosa f) notablemente la resistencia a la corrosin. Mnima distorsin o alabeo de las nal de nitruracin. h) Salvo casos muy '-.U''-,",VHU'-''J. mente rectitlcadas, rectificado final. Resistencia al tJ'""" .....v"'J, entre los que tn, con metaL d) tendencia al engrane, condiciones deficientes de lubricacin. e) Aumento del lmite de resistencia a la duce la sensibilidad a la entalladura. La nitruracin realiza mediante el calentamiento de aceros diciones entre 500 dentro del estado alotrpico en un medio o fuente activa de durante cierto tiempo, de acuerdo con el material y espesor capa Con el fin de tener elementos en solucin mo Entre los cn citan: a) Cementante o naturaleza del medio nitrurante. b) Composicin del metaL El producto utilizado, en aceros como hierros fundidos, debe ser de una composicin en cantidad naturaleza de los que lucin slida pueden formar nitruros. c) Temperatura del tratamiento. d) Duracin o tiempo del tratamiento. e) Hornos para nitrurar. :3) Factores de la nitruracin 438. ~...'''T1C'1n.n de por reaccin difunde hierro alfa a por debajo de 590 oC. El ,amonaco, de suministro del naciente o ....+-" ...... ,'" elevada temperatura, se de contacto ex- rna del metal, de acuerdo con las reacciones: (1) (3) la reaccin al el amonaco en nitrgeno e U"'-'LUJlvV, estos elementos son inestables por pa- an con mucha siguiendo el camino por las eXlpn~SH)nE~S 2) y al estado molecular estable; ambos constituyentes en estas con- iciones son inertes. El nitrgeno, en el breve tiempo que se mantiene al estado atmico, s susceptible de reaccionar, ser absorbido y fijado en el hierro alfa del roducto Por lo para una nitruracin y constante nitrgeno atmico, lo que solamente un flujo permanente y constante de manaco en torno al metal. De acuerdo con esto, en el interior de a caja de nitruracin o en el contenedor del horno, es fundamental man- ener una real y efectiva circulacin de amonaco a lo de todo el roceso. Dentro de las temperaturas a que se puede disociar el amonaco, ra 1, el hierro cataliza esta disociacin y el nitrgeno atmico entra mo elemento de insercin en el hierro alfa o gamma dando lugar a la rmacin en la al nitruro de hierro Fe4N (compuesto frgil de onformacin a la E (solucin slida de Fe2N) los asos. A medida el proceso avanza, en las capas ms perifricas se en- antrar el nitruro de hierro ubicado en los planos de c1ivaje o des- izamiento de la ferrita y sobre todo en las juntas de los granos; ms ha- a el interior se tendr una solucin slida de insercin de nitrgeno en 1hierro alfa. Los nitruros de la combinacin con el hierro, tienen la rma de que pueden alcanzar su pn~SenC]la ndurece un tanto al hierro y al acero extra dulce, pero confiere' fragili- d a la capa nitrurada. El proceso as desarrollado sera insuficiente para lograr el endureci- iento elevado requerido, sobre todo se vera reducido por la coa- scencia del formado y del de hierro estudios realizados por lo llevaron a la conclusin de que la resencia del cromo y en '-'kJIJ'-'''J.UJ. del aluminio en la modifican ustancialmente el a durezas muy sin ne- esidad de "'-'J."J.l'-' 439. o orn 11l",nn de disociacin equilibrio de combinacin Diagrama N + H que la dureza obtenida no uVILU ....LA'"' v~ nitruro en sino de la accin que N 1 Zona de temperatura conveniente para la nitruracin, Diagrama hierro-nitrgeno difusin del desde la vara considerablement con la del acero y la ternpen:ltllra del tratamiento y produc modificaciones muy importanfes en las del tal. Los tomos de aluminio forman con la ferrita una solucin slida d sustitucin no tiene movilidad a la temperatura de trabajo. Si se re- cuerda que nitrgeno inserto en la red de ferrita difunde, en la difusi combina con el aluminio para constituir en el lugar una molcula de ro de aluminio muy aun a altas (1100 OC). esta manera en del todos los tomos de aluminio de las se transforman en de nitruros diseminados seno de la red de ferrita. En otras molculas de ....'1...11 .."" so

Tratamientos térmicos de los aceros (tomo ii) Sturla

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